source: palm/trunk/SOURCE/boundary_conds.f90 @ 1992

Last change on this file since 1992 was 1992, checked in by suehring, 8 years ago

Prescribing scalar flux at model top; several bugfixes concering data output of scalars and output of flight data

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 33.6 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 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! -----------------
21! Adjustments for top boundary condition for passive scalar
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: boundary_conds.f90 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring $
26!
27! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
28! Treat humidity and passive scalar separately
29!
30! 1823 2016-04-07 08:57:52Z hoffmann
31! Initial version of purely vertical nesting introduced.
32!
33! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
34! icloud_scheme removed. microphyisics_seifert added.
35!
36! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
37! index bug for u_p at left outflow removed
38!
39! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
40! Introduction of nested domain feature
41!
42! 1742 2016-01-13 09:50:06Z raasch
43! bugfix for outflow Neumann boundary conditions at bottom and top
44!
45! 1717 2015-11-11 15:09:47Z raasch
46! Bugfix: index error in outflow conditions for left boundary
47!
48! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
49! Code annotations made doxygen readable
50!
51! 1410 2014-05-23 12:16:18Z suehring
52! Bugfix: set dirichlet boundary condition for passive_scalar at model domain
53! top
54!
55! 1399 2014-05-07 11:16:25Z heinze
56! Bugfix: set inflow boundary conditions also if no humidity or passive_scalar
57! is used.
58!
59! 1398 2014-05-07 11:15:00Z heinze
60! Dirichlet-condition at the top for u and v changed to u_init and v_init also
61! for large_scale_forcing
62!
63! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
64! Adjust Dirichlet-condition at the top for pt in case of nudging
65!
66! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
67! Bottom and top boundary conditions of rain water content (qr) and
68! rain drop concentration (nr) changed to Dirichlet
69!
70! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
71! REAL constants provided with KIND-attribute
72
73! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
74! ONLY-attribute added to USE-statements,
75! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
76! kinds are defined in new module kinds,
77! revision history before 2012 removed,
78! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
79! all variable declaration statements
80!
81! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
82! loop independent clauses added
83!
84! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
85! Adjust ug and vg at each timestep in case of large_scale_forcing
86!
87! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
88! Bugfix: Neumann boundary conditions for the velocity components at the
89! outflow are in fact radiation boundary conditions using the maximum phase
90! velocity that ensures numerical stability (CFL-condition).
91! Hence, logical operator use_cmax is now used instead of bc_lr_dirneu/_neudir.
92! Bugfix: In case of use_cmax at the outflow, u, v, w are replaced by
93! u_p, v_p, w_p 
94!
95! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
96! boundary conditions of two-moment cloud scheme are restricted to Neumann-
97! boundary-conditions
98!
99! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
100! GPU-porting
101! dummy argument "range" removed
102! Bugfix: wrong index in loops of radiation boundary condition
103!
104! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
105! boundary conditions for the two new prognostic equations (nr, qr) of the
106! two-moment cloud scheme
107!
108! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
109! code put under GPL (PALM 3.9)
110!
111! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
112! little reformatting
113!
114! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
115! Neumann boudnary conditions are added at the inflow boundary for the SGS-TKE.
116! Outflow boundary conditions for the velocity components can be set to Neumann
117! conditions or to radiation conditions with a horizontal averaged phase
118! velocity.
119!
120! 875 2012-04-02 15:35:15Z gryschka
121! Bugfix in case of dirichlet inflow bc at the right or north boundary
122!
123! Revision 1.1  1997/09/12 06:21:34  raasch
124! Initial revision
125!
126!
127! Description:
128! ------------
129!> Boundary conditions for the prognostic quantities.
130!> One additional bottom boundary condition is applied for the TKE (=(u*)**2)
131!> in prandtl_fluxes. The cyclic lateral boundary conditions are implicitly
132!> handled in routine exchange_horiz. Pressure boundary conditions are
133!> explicitly set in routines pres, poisfft, poismg and sor.
134!------------------------------------------------------------------------------!
135 SUBROUTINE boundary_conds
136 
137
138    USE arrays_3d,                                                             &
139        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,  &
140               dzu, e_p, nr_p, pt, pt_p, q, q_p, qr_p, s, s_p, sa, sa_p,       &
141               u, ug, u_init, u_m_l, u_m_n, u_m_r, u_m_s, u_p,                 &
142               v, vg, v_init, v_m_l, v_m_n, v_m_r, v_m_s, v_p,                 &
143               w, w_p, w_m_l, w_m_n, w_m_r, w_m_s, pt_init
144
145    USE control_parameters,                                                    &
146        ONLY:  bc_pt_t_val, bc_q_t_val, bc_s_t_val, constant_diffusion,        &
147               cloud_physics, dt_3d, humidity,                                 &
148               ibc_pt_b, ibc_pt_t, ibc_q_b, ibc_q_t, ibc_s_b, ibc_s_t,         &
149               ibc_sa_t, ibc_uv_b, ibc_uv_t, inflow_l, inflow_n, inflow_r,     &
150               inflow_s, intermediate_timestep_count, large_scale_forcing,     &
151               microphysics_seifert, nest_domain, nest_bound_l, nest_bound_s,  &
152               nudging, ocean, outflow_l, outflow_n, outflow_r, outflow_s,     &
153               passive_scalar, tsc, use_cmax
154
155    USE grid_variables,                                                        &
156        ONLY:  ddx, ddy, dx, dy
157
158    USE indices,                                                               &
159        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxr, nxrg, ny, nyn, nyng, nys, nysg,             &
160               nzb, nzb_s_inner, nzb_w_inner, nzt
161
162    USE kinds
163
164    USE pegrid
165
166    USE pmc_interface,                                                         &
167        ONLY : nesting_mode
168
169
170    IMPLICIT NONE
171
172    INTEGER(iwp) ::  i !<
173    INTEGER(iwp) ::  j !<
174    INTEGER(iwp) ::  k !<
175
176    REAL(wp)    ::  c_max !<
177    REAL(wp)    ::  denom !<
178
179
180!
181!-- Bottom boundary
182    IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
183       !$acc kernels present( u_p, v_p )
184       u_p(nzb,:,:) = u_p(nzb+1,:,:)
185       v_p(nzb,:,:) = v_p(nzb+1,:,:)
186       !$acc end kernels
187    ENDIF
188
189    !$acc kernels present( nzb_w_inner, w_p )
190    DO  i = nxlg, nxrg
191       DO  j = nysg, nyng
192          w_p(nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
193       ENDDO
194    ENDDO
195    !$acc end kernels
196
197!
198!-- Top boundary. A nested domain ( ibc_uv_t = 3 ) does not require settings.
199    IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
200       !$acc kernels present( u_init, u_p, v_init, v_p )
201        u_p(nzt+1,:,:) = u_init(nzt+1)
202        v_p(nzt+1,:,:) = v_init(nzt+1)
203       !$acc end kernels
204    ELSEIF ( ibc_uv_t == 1 )  THEN
205       !$acc kernels present( u_p, v_p )
206        u_p(nzt+1,:,:) = u_p(nzt,:,:)
207        v_p(nzt+1,:,:) = v_p(nzt,:,:)
208       !$acc end kernels
209    ENDIF
210
211    IF ( .NOT. nest_domain )  THEN
212       !$acc kernels present( w_p )
213       w_p(nzt:nzt+1,:,:) = 0.0_wp  ! nzt is not a prognostic level (but cf. pres)
214       !$acc end kernels
215    ENDIF
216
217!
218!-- Temperature at bottom boundary.
219!-- In case of coupled runs (ibc_pt_b = 2) the temperature is given by
220!-- the sea surface temperature of the coupled ocean model.
221    IF ( ibc_pt_b == 0 )  THEN
222       !$acc kernels present( nzb_s_inner, pt, pt_p )
223       !$acc loop independent
224       DO  i = nxlg, nxrg
225          !$acc loop independent
226          DO  j = nysg, nyng
227             pt_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = pt(nzb_s_inner(j,i),j,i)
228          ENDDO
229       ENDDO
230       !$acc end kernels
231    ELSEIF ( ibc_pt_b == 1 )  THEN
232       !$acc kernels present( nzb_s_inner, pt_p )
233       !$acc loop independent
234       DO  i = nxlg, nxrg
235          !$acc loop independent
236          DO  j = nysg, nyng
237             pt_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = pt_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
238          ENDDO
239       ENDDO
240      !$acc end kernels
241    ENDIF
242
243!
244!-- Temperature at top boundary
245    IF ( ibc_pt_t == 0 )  THEN
246       !$acc kernels present( pt, pt_p )
247        pt_p(nzt+1,:,:) = pt(nzt+1,:,:)
248!
249!--     In case of nudging adjust top boundary to pt which is
250!--     read in from NUDGING-DATA
251        IF ( nudging )  THEN
252           pt_p(nzt+1,:,:) = pt_init(nzt+1)
253        ENDIF
254       !$acc end kernels
255    ELSEIF ( ibc_pt_t == 1 )  THEN
256       !$acc kernels present( pt_p )
257        pt_p(nzt+1,:,:) = pt_p(nzt,:,:)
258       !$acc end kernels
259    ELSEIF ( ibc_pt_t == 2 )  THEN
260       !$acc kernels present( dzu, pt_p )
261        pt_p(nzt+1,:,:) = pt_p(nzt,:,:) + bc_pt_t_val * dzu(nzt+1)
262       !$acc end kernels
263    ENDIF
264
265!
266!-- Boundary conditions for TKE
267!-- Generally Neumann conditions with de/dz=0 are assumed
268    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
269       !$acc kernels present( e_p, nzb_s_inner )
270       !$acc loop independent
271       DO  i = nxlg, nxrg
272          !$acc loop independent
273          DO  j = nysg, nyng
274             e_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = e_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
275          ENDDO
276       ENDDO
277       IF ( .NOT. nest_domain )  THEN
278          e_p(nzt+1,:,:) = e_p(nzt,:,:)
279       ENDIF
280       !$acc end kernels
281    ENDIF
282
283!
284!-- Boundary conditions for salinity
285    IF ( ocean )  THEN
286!
287!--    Bottom boundary: Neumann condition because salinity flux is always
288!--    given
289       DO  i = nxlg, nxrg
290          DO  j = nysg, nyng
291             sa_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = sa_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
292          ENDDO
293       ENDDO
294
295!
296!--    Top boundary: Dirichlet or Neumann
297       IF ( ibc_sa_t == 0 )  THEN
298           sa_p(nzt+1,:,:) = sa(nzt+1,:,:)
299       ELSEIF ( ibc_sa_t == 1 )  THEN
300           sa_p(nzt+1,:,:) = sa_p(nzt,:,:)
301       ENDIF
302
303    ENDIF
304
305!
306!-- Boundary conditions for total water content,
307!-- bottom and top boundary (see also temperature)
308    IF ( humidity )  THEN
309!
310!--    Surface conditions for constant_humidity_flux
311       IF ( ibc_q_b == 0 ) THEN
312          DO  i = nxlg, nxrg
313             DO  j = nysg, nyng
314                q_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = q(nzb_s_inner(j,i),j,i)
315             ENDDO
316          ENDDO
317       ELSE
318          DO  i = nxlg, nxrg
319             DO  j = nysg, nyng
320                q_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = q_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
321             ENDDO
322          ENDDO
323       ENDIF
324!
325!--    Top boundary
326       IF ( ibc_q_t == 0 ) THEN
327          q_p(nzt+1,:,:) = q(nzt+1,:,:)
328       ELSEIF ( ibc_q_t == 1 ) THEN
329          q_p(nzt+1,:,:) = q_p(nzt,:,:) + bc_q_t_val * dzu(nzt+1)
330       ENDIF
331
332       IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
333!             
334!--       Surface conditions rain water (Dirichlet)
335          DO  i = nxlg, nxrg
336             DO  j = nysg, nyng
337                qr_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
338                nr_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
339             ENDDO
340          ENDDO
341!
342!--       Top boundary condition for rain water (Dirichlet)
343          qr_p(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
344          nr_p(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
345           
346       ENDIF
347    ENDIF
348!
349!-- Boundary conditions for scalar,
350!-- bottom and top boundary (see also temperature)
351    IF ( passive_scalar )  THEN
352!
353!--    Surface conditions for constant_humidity_flux
354       IF ( ibc_s_b == 0 ) THEN
355          DO  i = nxlg, nxrg
356             DO  j = nysg, nyng
357                s_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = s(nzb_s_inner(j,i),j,i)
358             ENDDO
359          ENDDO
360       ELSE
361          DO  i = nxlg, nxrg
362             DO  j = nysg, nyng
363                s_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = s_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
364             ENDDO
365          ENDDO
366       ENDIF
367!
368!--    Top boundary condition
369       IF ( ibc_s_t == 0 )  THEN
370          s_p(nzt+1,:,:) = s(nzt+1,:,:)
371       ELSEIF ( ibc_s_t == 1 )  THEN
372          s_p(nzt+1,:,:) = s_p(nzt,:,:)
373       ELSEIF ( ibc_s_t == 2 )  THEN
374          s_p(nzt+1,:,:) = s_p(nzt,:,:) + bc_s_t_val * dzu(nzt+1)
375       ENDIF
376
377    ENDIF   
378!
379!-- In case of inflow or nest boundary at the south boundary the boundary for v
380!-- is at nys and in case of inflow or nest boundary at the left boundary the
381!-- boundary for u is at nxl. Since in prognostic_equations (cache optimized
382!-- version) these levels are handled as a prognostic level, boundary values
383!-- have to be restored here.
384!-- For the SGS-TKE, Neumann boundary conditions are used at the inflow.
385    IF ( inflow_s )  THEN
386       v_p(:,nys,:) = v_p(:,nys-1,:)
387       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,nys-1,:) = e_p(:,nys,:)
388    ELSEIF ( inflow_n )  THEN
389       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,nyn+1,:) = e_p(:,nyn,:)
390    ELSEIF ( inflow_l ) THEN
391       u_p(:,:,nxl) = u_p(:,:,nxl-1)
392       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,:,nxl-1) = e_p(:,:,nxl)
393    ELSEIF ( inflow_r )  THEN
394       IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,:,nxr+1) = e_p(:,:,nxr)
395    ENDIF
396
397!
398!-- The same restoration for u at i=nxl and v at j=nys as above must be made
399!-- in case of nest boundaries. This must not be done in case of vertical nesting
400!-- mode as in that case the lateral boundaries are actually cyclic.
401    IF ( nesting_mode /= 'vertical' )  THEN
402       IF ( nest_bound_s )  THEN
403          v_p(:,nys,:) = v_p(:,nys-1,:)
404       ENDIF
405       IF ( nest_bound_l )  THEN
406          u_p(:,:,nxl) = u_p(:,:,nxl-1)
407       ENDIF
408    ENDIF
409
410!
411!-- Lateral boundary conditions for scalar quantities at the outflow
412    IF ( outflow_s )  THEN
413       pt_p(:,nys-1,:)     = pt_p(:,nys,:)
414       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,nys-1,:) = e_p(:,nys,:)
415       IF ( humidity )  THEN
416          q_p(:,nys-1,:) = q_p(:,nys,:)
417          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
418             qr_p(:,nys-1,:) = qr_p(:,nys,:)
419             nr_p(:,nys-1,:) = nr_p(:,nys,:)
420          ENDIF
421       ENDIF
422       IF ( passive_scalar )  s_p(:,nys-1,:) = s_p(:,nys,:)
423    ELSEIF ( outflow_n )  THEN
424       pt_p(:,nyn+1,:)     = pt_p(:,nyn,:)
425       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,nyn+1,:) = e_p(:,nyn,:)
426       IF ( humidity )  THEN
427          q_p(:,nyn+1,:) = q_p(:,nyn,:)
428          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
429             qr_p(:,nyn+1,:) = qr_p(:,nyn,:)
430             nr_p(:,nyn+1,:) = nr_p(:,nyn,:)
431          ENDIF
432       ENDIF
433       IF ( passive_scalar )  s_p(:,nyn+1,:) = s_p(:,nyn,:)
434    ELSEIF ( outflow_l )  THEN
435       pt_p(:,:,nxl-1)     = pt_p(:,:,nxl)
436       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,:,nxl-1) = e_p(:,:,nxl)
437       IF ( humidity )  THEN
438          q_p(:,:,nxl-1) = q_p(:,:,nxl)
439          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
440             qr_p(:,:,nxl-1) = qr_p(:,:,nxl)
441             nr_p(:,:,nxl-1) = nr_p(:,:,nxl)
442          ENDIF
443       ENDIF
444       IF ( passive_scalar )  s_p(:,:,nxl-1) = s_p(:,:,nxl)
445    ELSEIF ( outflow_r )  THEN
446       pt_p(:,:,nxr+1)     = pt_p(:,:,nxr)
447       IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,:,nxr+1) = e_p(:,:,nxr)
448       IF ( humidity )  THEN
449          q_p(:,:,nxr+1) = q_p(:,:,nxr)
450          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
451             qr_p(:,:,nxr+1) = qr_p(:,:,nxr)
452             nr_p(:,:,nxr+1) = nr_p(:,:,nxr)
453          ENDIF
454       ENDIF
455       IF ( passive_scalar )  s_p(:,:,nxr+1) = s_p(:,:,nxr)
456    ENDIF
457
458!
459!-- Radiation boundary conditions for the velocities at the respective outflow.
460!-- The phase velocity is either assumed to the maximum phase velocity that
461!-- ensures numerical stability (CFL-condition) or calculated after
462!-- Orlanski(1976) and averaged along the outflow boundary.
463    IF ( outflow_s )  THEN
464
465       IF ( use_cmax )  THEN
466          u_p(:,-1,:) = u(:,0,:)
467          v_p(:,0,:)  = v(:,1,:)
468          w_p(:,-1,:) = w(:,0,:)         
469       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
470
471          c_max = dy / dt_3d
472
473          c_u_m_l = 0.0_wp 
474          c_v_m_l = 0.0_wp
475          c_w_m_l = 0.0_wp
476
477          c_u_m = 0.0_wp 
478          c_v_m = 0.0_wp
479          c_w_m = 0.0_wp
480
481!
482!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
483!--       average along the outflow boundary.
484          DO  k = nzb+1, nzt+1
485             DO  i = nxl, nxr
486
487                denom = u_m_s(k,0,i) - u_m_s(k,1,i)
488
489                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
490                   c_u(k,i) = -c_max * ( u(k,0,i) - u_m_s(k,0,i) ) / ( denom * tsc(2) )
491                   IF ( c_u(k,i) < 0.0_wp )  THEN
492                      c_u(k,i) = 0.0_wp
493                   ELSEIF ( c_u(k,i) > c_max )  THEN
494                      c_u(k,i) = c_max
495                   ENDIF
496                ELSE
497                   c_u(k,i) = c_max
498                ENDIF
499
500                denom = v_m_s(k,1,i) - v_m_s(k,2,i)
501
502                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
503                   c_v(k,i) = -c_max * ( v(k,1,i) - v_m_s(k,1,i) ) / ( denom * tsc(2) )
504                   IF ( c_v(k,i) < 0.0_wp )  THEN
505                      c_v(k,i) = 0.0_wp
506                   ELSEIF ( c_v(k,i) > c_max )  THEN
507                      c_v(k,i) = c_max
508                   ENDIF
509                ELSE
510                   c_v(k,i) = c_max
511                ENDIF
512
513                denom = w_m_s(k,0,i) - w_m_s(k,1,i)
514
515                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
516                   c_w(k,i) = -c_max * ( w(k,0,i) - w_m_s(k,0,i) ) / ( denom * tsc(2) )
517                   IF ( c_w(k,i) < 0.0_wp )  THEN
518                      c_w(k,i) = 0.0_wp
519                   ELSEIF ( c_w(k,i) > c_max )  THEN
520                      c_w(k,i) = c_max
521                   ENDIF
522                ELSE
523                   c_w(k,i) = c_max
524                ENDIF
525
526                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,i)
527                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,i)
528                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,i)
529
530             ENDDO
531          ENDDO
532
533#if defined( __parallel )   
534          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
535          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
536                              MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
537          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
538          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
539                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
540          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
541          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
542                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
543#else
544          c_u_m = c_u_m_l
545          c_v_m = c_v_m_l
546          c_w_m = c_w_m_l
547#endif
548
549          c_u_m = c_u_m / (nx+1)
550          c_v_m = c_v_m / (nx+1)
551          c_w_m = c_w_m / (nx+1)
552
553!
554!--       Save old timelevels for the next timestep
555          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
556             u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
557             v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
558             w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
559          ENDIF
560
561!
562!--       Calculate the new velocities
563          DO  k = nzb+1, nzt+1
564             DO  i = nxlg, nxrg
565                u_p(k,-1,i) = u(k,-1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *          &
566                                       ( u(k,-1,i) - u(k,0,i) ) * ddy
567
568                v_p(k,0,i)  = v(k,0,i)  - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *          &
569                                       ( v(k,0,i) - v(k,1,i) ) * ddy
570
571                w_p(k,-1,i) = w(k,-1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *          &
572                                       ( w(k,-1,i) - w(k,0,i) ) * ddy
573             ENDDO
574          ENDDO
575
576!
577!--       Bottom boundary at the outflow
578          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
579             u_p(nzb,-1,:) = 0.0_wp 
580             v_p(nzb,0,:)  = 0.0_wp 
581          ELSE                   
582             u_p(nzb,-1,:) =  u_p(nzb+1,-1,:)
583             v_p(nzb,0,:)  =  v_p(nzb+1,0,:)
584          ENDIF
585          w_p(nzb,-1,:) = 0.0_wp
586
587!
588!--       Top boundary at the outflow
589          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
590             u_p(nzt+1,-1,:) = u_init(nzt+1)
591             v_p(nzt+1,0,:)  = v_init(nzt+1)
592          ELSE
593             u_p(nzt+1,-1,:) = u_p(nzt,-1,:)
594             v_p(nzt+1,0,:)  = v_p(nzt,0,:)
595          ENDIF
596          w_p(nzt:nzt+1,-1,:) = 0.0_wp
597
598       ENDIF
599
600    ENDIF
601
602    IF ( outflow_n )  THEN
603
604       IF ( use_cmax )  THEN
605          u_p(:,ny+1,:) = u(:,ny,:)
606          v_p(:,ny+1,:) = v(:,ny,:)
607          w_p(:,ny+1,:) = w(:,ny,:)         
608       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
609
610          c_max = dy / dt_3d
611
612          c_u_m_l = 0.0_wp 
613          c_v_m_l = 0.0_wp
614          c_w_m_l = 0.0_wp
615
616          c_u_m = 0.0_wp 
617          c_v_m = 0.0_wp
618          c_w_m = 0.0_wp
619
620!
621!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
622!--       average along the outflow boundary.
623          DO  k = nzb+1, nzt+1
624             DO  i = nxl, nxr
625
626                denom = u_m_n(k,ny,i) - u_m_n(k,ny-1,i)
627
628                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
629                   c_u(k,i) = -c_max * ( u(k,ny,i) - u_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
630                   IF ( c_u(k,i) < 0.0_wp )  THEN
631                      c_u(k,i) = 0.0_wp
632                   ELSEIF ( c_u(k,i) > c_max )  THEN
633                      c_u(k,i) = c_max
634                   ENDIF
635                ELSE
636                   c_u(k,i) = c_max
637                ENDIF
638
639                denom = v_m_n(k,ny,i) - v_m_n(k,ny-1,i)
640
641                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
642                   c_v(k,i) = -c_max * ( v(k,ny,i) - v_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
643                   IF ( c_v(k,i) < 0.0_wp )  THEN
644                      c_v(k,i) = 0.0_wp
645                   ELSEIF ( c_v(k,i) > c_max )  THEN
646                      c_v(k,i) = c_max
647                   ENDIF
648                ELSE
649                   c_v(k,i) = c_max
650                ENDIF
651
652                denom = w_m_n(k,ny,i) - w_m_n(k,ny-1,i)
653
654                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
655                   c_w(k,i) = -c_max * ( w(k,ny,i) - w_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
656                   IF ( c_w(k,i) < 0.0_wp )  THEN
657                      c_w(k,i) = 0.0_wp
658                   ELSEIF ( c_w(k,i) > c_max )  THEN
659                      c_w(k,i) = c_max
660                   ENDIF
661                ELSE
662                   c_w(k,i) = c_max
663                ENDIF
664
665                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,i)
666                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,i)
667                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,i)
668
669             ENDDO
670          ENDDO
671
672#if defined( __parallel )   
673          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
674          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
675                              MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
676          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
677          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
678                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
679          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
680          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
681                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
682#else
683          c_u_m = c_u_m_l
684          c_v_m = c_v_m_l
685          c_w_m = c_w_m_l
686#endif
687
688          c_u_m = c_u_m / (nx+1)
689          c_v_m = c_v_m / (nx+1)
690          c_w_m = c_w_m / (nx+1)
691
692!
693!--       Save old timelevels for the next timestep
694          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
695                u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
696                v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
697                w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
698          ENDIF
699
700!
701!--       Calculate the new velocities
702          DO  k = nzb+1, nzt+1
703             DO  i = nxlg, nxrg
704                u_p(k,ny+1,i) = u(k,ny+1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *      &
705                                       ( u(k,ny+1,i) - u(k,ny,i) ) * ddy
706
707                v_p(k,ny+1,i) = v(k,ny+1,i)  - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *     &
708                                       ( v(k,ny+1,i) - v(k,ny,i) ) * ddy
709
710                w_p(k,ny+1,i) = w(k,ny+1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *      &
711                                       ( w(k,ny+1,i) - w(k,ny,i) ) * ddy
712             ENDDO
713          ENDDO
714
715!
716!--       Bottom boundary at the outflow
717          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
718             u_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp
719             v_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp   
720          ELSE                   
721             u_p(nzb,ny+1,:) =  u_p(nzb+1,ny+1,:)
722             v_p(nzb,ny+1,:) =  v_p(nzb+1,ny+1,:)
723          ENDIF
724          w_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp
725
726!
727!--       Top boundary at the outflow
728          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
729             u_p(nzt+1,ny+1,:) = u_init(nzt+1)
730             v_p(nzt+1,ny+1,:) = v_init(nzt+1)
731          ELSE
732             u_p(nzt+1,ny+1,:) = u_p(nzt,nyn+1,:)
733             v_p(nzt+1,ny+1,:) = v_p(nzt,nyn+1,:)
734          ENDIF
735          w_p(nzt:nzt+1,ny+1,:) = 0.0_wp
736
737       ENDIF
738
739    ENDIF
740
741    IF ( outflow_l )  THEN
742
743       IF ( use_cmax )  THEN
744          u_p(:,:,0)  = u(:,:,1)
745          v_p(:,:,-1) = v(:,:,0)
746          w_p(:,:,-1) = w(:,:,0)         
747       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
748
749          c_max = dx / dt_3d
750
751          c_u_m_l = 0.0_wp 
752          c_v_m_l = 0.0_wp
753          c_w_m_l = 0.0_wp
754
755          c_u_m = 0.0_wp 
756          c_v_m = 0.0_wp
757          c_w_m = 0.0_wp
758
759!
760!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
761!--       average along the outflow boundary.
762          DO  k = nzb+1, nzt+1
763             DO  j = nys, nyn
764
765                denom = u_m_l(k,j,1) - u_m_l(k,j,2)
766
767                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
768                   c_u(k,j) = -c_max * ( u(k,j,1) - u_m_l(k,j,1) ) / ( denom * tsc(2) )
769                   IF ( c_u(k,j) < 0.0_wp )  THEN
770                      c_u(k,j) = 0.0_wp
771                   ELSEIF ( c_u(k,j) > c_max )  THEN
772                      c_u(k,j) = c_max
773                   ENDIF
774                ELSE
775                   c_u(k,j) = c_max
776                ENDIF
777
778                denom = v_m_l(k,j,0) - v_m_l(k,j,1)
779
780                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
781                   c_v(k,j) = -c_max * ( v(k,j,0) - v_m_l(k,j,0) ) / ( denom * tsc(2) )
782                   IF ( c_v(k,j) < 0.0_wp )  THEN
783                      c_v(k,j) = 0.0_wp
784                   ELSEIF ( c_v(k,j) > c_max )  THEN
785                      c_v(k,j) = c_max
786                   ENDIF
787                ELSE
788                   c_v(k,j) = c_max
789                ENDIF
790
791                denom = w_m_l(k,j,0) - w_m_l(k,j,1)
792
793                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
794                   c_w(k,j) = -c_max * ( w(k,j,0) - w_m_l(k,j,0) ) / ( denom * tsc(2) )
795                   IF ( c_w(k,j) < 0.0_wp )  THEN
796                      c_w(k,j) = 0.0_wp
797                   ELSEIF ( c_w(k,j) > c_max )  THEN
798                      c_w(k,j) = c_max
799                   ENDIF
800                ELSE
801                   c_w(k,j) = c_max
802                ENDIF
803
804                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,j)
805                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,j)
806                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,j)
807
808             ENDDO
809          ENDDO
810
811#if defined( __parallel )   
812          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
813          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
814                              MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
815          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
816          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
817                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
818          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
819          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
820                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
821#else
822          c_u_m = c_u_m_l
823          c_v_m = c_v_m_l
824          c_w_m = c_w_m_l
825#endif
826
827          c_u_m = c_u_m / (ny+1)
828          c_v_m = c_v_m / (ny+1)
829          c_w_m = c_w_m / (ny+1)
830
831!
832!--       Save old timelevels for the next timestep
833          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
834                u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
835                v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
836                w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
837          ENDIF
838
839!
840!--       Calculate the new velocities
841          DO  k = nzb+1, nzt+1
842             DO  j = nysg, nyng
843                u_p(k,j,0) = u(k,j,0) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *            &
844                                       ( u(k,j,0) - u(k,j,1) ) * ddx
845
846                v_p(k,j,-1) = v(k,j,-1) - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *          &
847                                       ( v(k,j,-1) - v(k,j,0) ) * ddx
848
849                w_p(k,j,-1) = w(k,j,-1) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *          &
850                                       ( w(k,j,-1) - w(k,j,0) ) * ddx
851             ENDDO
852          ENDDO
853
854!
855!--       Bottom boundary at the outflow
856          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
857             u_p(nzb,:,0)  = 0.0_wp 
858             v_p(nzb,:,-1) = 0.0_wp
859          ELSE                   
860             u_p(nzb,:,0)  =  u_p(nzb+1,:,0)
861             v_p(nzb,:,-1) =  v_p(nzb+1,:,-1)
862          ENDIF
863          w_p(nzb,:,-1) = 0.0_wp
864
865!
866!--       Top boundary at the outflow
867          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
868             u_p(nzt+1,:,0)  = u_init(nzt+1)
869             v_p(nzt+1,:,-1) = v_init(nzt+1)
870          ELSE
871             u_p(nzt+1,:,0)  = u_p(nzt,:,0)
872             v_p(nzt+1,:,-1) = v_p(nzt,:,-1)
873          ENDIF
874          w_p(nzt:nzt+1,:,-1) = 0.0_wp
875
876       ENDIF
877
878    ENDIF
879
880    IF ( outflow_r )  THEN
881
882       IF ( use_cmax )  THEN
883          u_p(:,:,nx+1) = u(:,:,nx)
884          v_p(:,:,nx+1) = v(:,:,nx)
885          w_p(:,:,nx+1) = w(:,:,nx)         
886       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
887
888          c_max = dx / dt_3d
889
890          c_u_m_l = 0.0_wp 
891          c_v_m_l = 0.0_wp
892          c_w_m_l = 0.0_wp
893
894          c_u_m = 0.0_wp 
895          c_v_m = 0.0_wp
896          c_w_m = 0.0_wp
897
898!
899!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
900!--       average along the outflow boundary.
901          DO  k = nzb+1, nzt+1
902             DO  j = nys, nyn
903
904                denom = u_m_r(k,j,nx) - u_m_r(k,j,nx-1)
905
906                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
907                   c_u(k,j) = -c_max * ( u(k,j,nx) - u_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
908                   IF ( c_u(k,j) < 0.0_wp )  THEN
909                      c_u(k,j) = 0.0_wp
910                   ELSEIF ( c_u(k,j) > c_max )  THEN
911                      c_u(k,j) = c_max
912                   ENDIF
913                ELSE
914                   c_u(k,j) = c_max
915                ENDIF
916
917                denom = v_m_r(k,j,nx) - v_m_r(k,j,nx-1)
918
919                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
920                   c_v(k,j) = -c_max * ( v(k,j,nx) - v_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
921                   IF ( c_v(k,j) < 0.0_wp )  THEN
922                      c_v(k,j) = 0.0_wp
923                   ELSEIF ( c_v(k,j) > c_max )  THEN
924                      c_v(k,j) = c_max
925                   ENDIF
926                ELSE
927                   c_v(k,j) = c_max
928                ENDIF
929
930                denom = w_m_r(k,j,nx) - w_m_r(k,j,nx-1)
931
932                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
933                   c_w(k,j) = -c_max * ( w(k,j,nx) - w_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
934                   IF ( c_w(k,j) < 0.0_wp )  THEN
935                      c_w(k,j) = 0.0_wp
936                   ELSEIF ( c_w(k,j) > c_max )  THEN
937                      c_w(k,j) = c_max
938                   ENDIF
939                ELSE
940                   c_w(k,j) = c_max
941                ENDIF
942
943                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,j)
944                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,j)
945                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,j)
946
947             ENDDO
948          ENDDO
949
950#if defined( __parallel )   
951          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
952          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
953                              MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
954          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
955          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
956                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
957          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
958          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
959                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
960#else
961          c_u_m = c_u_m_l
962          c_v_m = c_v_m_l
963          c_w_m = c_w_m_l
964#endif
965
966          c_u_m = c_u_m / (ny+1)
967          c_v_m = c_v_m / (ny+1)
968          c_w_m = c_w_m / (ny+1)
969
970!
971!--       Save old timelevels for the next timestep
972          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
973                u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
974                v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
975                w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
976          ENDIF
977
978!
979!--       Calculate the new velocities
980          DO  k = nzb+1, nzt+1
981             DO  j = nysg, nyng
982                u_p(k,j,nx+1) = u(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *      &
983                                       ( u(k,j,nx+1) - u(k,j,nx) ) * ddx
984
985                v_p(k,j,nx+1) = v(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *      &
986                                       ( v(k,j,nx+1) - v(k,j,nx) ) * ddx
987
988                w_p(k,j,nx+1) = w(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *      &
989                                       ( w(k,j,nx+1) - w(k,j,nx) ) * ddx
990             ENDDO
991          ENDDO
992
993!
994!--       Bottom boundary at the outflow
995          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
996             u_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp
997             v_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp 
998          ELSE                   
999             u_p(nzb,:,nx+1) =  u_p(nzb+1,:,nx+1)
1000             v_p(nzb,:,nx+1) =  v_p(nzb+1,:,nx+1)
1001          ENDIF
1002          w_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp
1003
1004!
1005!--       Top boundary at the outflow
1006          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
1007             u_p(nzt+1,:,nx+1) = u_init(nzt+1)
1008             v_p(nzt+1,:,nx+1) = v_init(nzt+1)
1009          ELSE
1010             u_p(nzt+1,:,nx+1) = u_p(nzt,:,nx+1)
1011             v_p(nzt+1,:,nx+1) = v_p(nzt,:,nx+1)
1012          ENDIF
1013          w_p(nzt:nzt+1,:,nx+1) = 0.0_wp
1014
1015       ENDIF
1016
1017    ENDIF
1018
1019 END SUBROUTINE boundary_conds
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.