source: palm/trunk/SOURCE/boundary_conds.f90 @ 1362

Last change on this file since 1362 was 1362, checked in by hoffmann, 10 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 30.7 KB
Line 
1 SUBROUTINE boundary_conds
2
3!--------------------------------------------------------------------------------!
4! This file is part of PALM.
5!
6! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
7! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
8! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
18!--------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: boundary_conds.f90 1362 2014-04-16 15:19:12Z hoffmann $
27!
28! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
29! Bottom and top boundary conditions of rain water content (qr) and
30! rain drop concentration (nr) changed to Dirichlet
31!
32! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
33! REAL constants provided with KIND-attribute
34
35! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
36! ONLY-attribute added to USE-statements,
37! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
38! kinds are defined in new module kinds,
39! revision history before 2012 removed,
40! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
41! all variable declaration statements
42!
43! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
44! loop independent clauses added
45!
46! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
47! Adjust ug and vg at each timestep in case of large_scale_forcing
48!
49! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
50! Bugfix: Neumann boundary conditions for the velocity components at the
51! outflow are in fact radiation boundary conditions using the maximum phase
52! velocity that ensures numerical stability (CFL-condition).
53! Hence, logical operator use_cmax is now used instead of bc_lr_dirneu/_neudir.
54! Bugfix: In case of use_cmax at the outflow, u, v, w are replaced by
55! u_p, v_p, w_p 
56!
57! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
58! boundary conditions of two-moment cloud scheme are restricted to Neumann-
59! boundary-conditions
60!
61! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
62! GPU-porting
63! dummy argument "range" removed
64! Bugfix: wrong index in loops of radiation boundary condition
65!
66! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
67! boundary conditions for the two new prognostic equations (nr, qr) of the
68! two-moment cloud scheme
69!
70! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
71! code put under GPL (PALM 3.9)
72!
73! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
74! little reformatting
75!
76! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
77! Neumann boudnary conditions are added at the inflow boundary for the SGS-TKE.
78! Outflow boundary conditions for the velocity components can be set to Neumann
79! conditions or to radiation conditions with a horizontal averaged phase
80! velocity.
81!
82! 875 2012-04-02 15:35:15Z gryschka
83! Bugfix in case of dirichlet inflow bc at the right or north boundary
84!
85! Revision 1.1  1997/09/12 06:21:34  raasch
86! Initial revision
87!
88!
89! Description:
90! ------------
91! Boundary conditions for the prognostic quantities.
92! One additional bottom boundary condition is applied for the TKE (=(u*)**2)
93! in prandtl_fluxes. The cyclic lateral boundary conditions are implicitly
94! handled in routine exchange_horiz. Pressure boundary conditions are
95! explicitly set in routines pres, poisfft, poismg and sor.
96!------------------------------------------------------------------------------!
97
98    USE arrays_3d,                                                             &
99        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,  &
100               dzu, e_p, nr_p, pt, pt_p, q, q_p, qr_p, sa, sa_p,               &
101               u, ug, u_init, u_m_l, u_m_n, u_m_r, u_m_s, u_p,                 &
102               v, vg, v_init, v_m_l, v_m_n, v_m_r, v_m_s, v_p,                 &
103               w, w_p, w_m_l, w_m_n, w_m_r, w_m_s
104
105    USE control_parameters,                                                    &
106        ONLY:  bc_pt_t_val, bc_q_t_val, constant_diffusion,                    &
107               cloud_physics, dt_3d, humidity,                                 &
108               ibc_pt_b, ibc_pt_t, ibc_q_b, ibc_sa_t, ibc_uv_b, ibc_uv_t,      &
109               icloud_scheme, inflow_l, inflow_n, inflow_r, inflow_s,          &
110               intermediate_timestep_count, large_scale_forcing, ocean,        &
111               outflow_l, outflow_n, outflow_r, outflow_s, passive_scalar,     &
112               precipitation, tsc, use_cmax
113
114    USE grid_variables,                                                        &
115        ONLY:  ddx, ddy, dx, dy
116
117    USE indices,                                                               &
118        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxr, nxrg, ny, nyn, nyng, nys, nysg,             &
119               nzb, nzb_s_inner, nzb_w_inner, nzt
120
121    USE kinds
122
123    USE pegrid
124
125
126    IMPLICIT NONE
127
128    INTEGER(iwp) ::  i !:
129    INTEGER(iwp) ::  j !:
130    INTEGER(iwp) ::  k !:
131
132    REAL(wp)    ::  c_max !:
133    REAL(wp)    ::  denom !:
134
135
136!
137!-- Bottom boundary
138    IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
139       !$acc kernels present( u_p, v_p )
140       u_p(nzb,:,:) = u_p(nzb+1,:,:)
141       v_p(nzb,:,:) = v_p(nzb+1,:,:)
142       !$acc end kernels
143    ENDIF
144
145    !$acc kernels present( nzb_w_inner, w_p )
146    DO  i = nxlg, nxrg
147       DO  j = nysg, nyng
148          w_p(nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
149       ENDDO
150    ENDDO
151    !$acc end kernels
152
153!
154!-- Top boundary
155    IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
156       !$acc kernels present( u_init, u_p, v_init, v_p )
157        u_p(nzt+1,:,:) = u_init(nzt+1)
158        v_p(nzt+1,:,:) = v_init(nzt+1)
159        IF ( large_scale_forcing) THEN
160           u_p(nzt+1,:,:) = ug(nzt+1)
161           v_p(nzt+1,:,:) = vg(nzt+1)
162        END IF
163       !$acc end kernels
164    ELSE
165       !$acc kernels present( u_p, v_p )
166        u_p(nzt+1,:,:) = u_p(nzt,:,:)
167        v_p(nzt+1,:,:) = v_p(nzt,:,:)
168       !$acc end kernels
169    ENDIF
170    !$acc kernels present( w_p )
171    w_p(nzt:nzt+1,:,:) = 0.0_wp  ! nzt is not a prognostic level (but cf. pres)
172    !$acc end kernels
173
174!
175!-- Temperature at bottom boundary.
176!-- In case of coupled runs (ibc_pt_b = 2) the temperature is given by
177!-- the sea surface temperature of the coupled ocean model.
178    IF ( ibc_pt_b == 0 )  THEN
179       !$acc kernels present( nzb_s_inner, pt, pt_p )
180       !$acc loop independent
181       DO  i = nxlg, nxrg
182          !$acc loop independent
183          DO  j = nysg, nyng
184             pt_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = pt(nzb_s_inner(j,i),j,i)
185          ENDDO
186       ENDDO
187       !$acc end kernels
188    ELSEIF ( ibc_pt_b == 1 )  THEN
189       !$acc kernels present( nzb_s_inner, pt_p )
190       !$acc loop independent
191       DO  i = nxlg, nxrg
192          !$acc loop independent
193          DO  j = nysg, nyng
194             pt_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = pt_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
195          ENDDO
196       ENDDO
197      !$acc end kernels
198    ENDIF
199
200!
201!-- Temperature at top boundary
202    IF ( ibc_pt_t == 0 )  THEN
203       !$acc kernels present( pt, pt_p )
204        pt_p(nzt+1,:,:) = pt(nzt+1,:,:)
205       !$acc end kernels
206    ELSEIF ( ibc_pt_t == 1 )  THEN
207       !$acc kernels present( pt_p )
208        pt_p(nzt+1,:,:) = pt_p(nzt,:,:)
209       !$acc end kernels
210    ELSEIF ( ibc_pt_t == 2 )  THEN
211       !$acc kernels present( dzu, pt_p )
212        pt_p(nzt+1,:,:) = pt_p(nzt,:,:)   + bc_pt_t_val * dzu(nzt+1)
213       !$acc end kernels
214    ENDIF
215
216!
217!-- Boundary conditions for TKE
218!-- Generally Neumann conditions with de/dz=0 are assumed
219    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
220       !$acc kernels present( e_p, nzb_s_inner )
221       !$acc loop independent
222       DO  i = nxlg, nxrg
223          !$acc loop independent
224          DO  j = nysg, nyng
225             e_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = e_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
226          ENDDO
227       ENDDO
228       e_p(nzt+1,:,:) = e_p(nzt,:,:)
229       !$acc end kernels
230    ENDIF
231
232!
233!-- Boundary conditions for salinity
234    IF ( ocean )  THEN
235!
236!--    Bottom boundary: Neumann condition because salinity flux is always
237!--    given
238       DO  i = nxlg, nxrg
239          DO  j = nysg, nyng
240             sa_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = sa_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
241          ENDDO
242       ENDDO
243
244!
245!--    Top boundary: Dirichlet or Neumann
246       IF ( ibc_sa_t == 0 )  THEN
247           sa_p(nzt+1,:,:) = sa(nzt+1,:,:)
248       ELSEIF ( ibc_sa_t == 1 )  THEN
249           sa_p(nzt+1,:,:) = sa_p(nzt,:,:)
250       ENDIF
251
252    ENDIF
253
254!
255!-- Boundary conditions for total water content or scalar,
256!-- bottom and top boundary (see also temperature)
257    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
258!
259!--    Surface conditions for constant_humidity_flux
260       IF ( ibc_q_b == 0 ) THEN
261          DO  i = nxlg, nxrg
262             DO  j = nysg, nyng
263                q_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = q(nzb_s_inner(j,i),j,i)
264             ENDDO
265          ENDDO
266       ELSE
267          DO  i = nxlg, nxrg
268             DO  j = nysg, nyng
269                q_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = q_p(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
270             ENDDO
271          ENDDO
272       ENDIF
273!
274!--    Top boundary
275       q_p(nzt+1,:,:) = q_p(nzt,:,:)   + bc_q_t_val * dzu(nzt+1)
276
277       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  precipitation )  THEN
278!             
279!--       Surface conditions rain water (Dirichlet)
280          DO  i = nxlg, nxrg
281             DO  j = nysg, nyng
282                qr_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
283                nr_p(nzb_s_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
284             ENDDO
285          ENDDO
286!
287!--       Top boundary condition for rain water (Dirichlet)
288          qr_p(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
289          nr_p(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
290           
291       ENDIF
292!
293!--    In case of inflow at the south boundary the boundary for v is at nys
294!--    and in case of inflow at the left boundary the boundary for u is at nxl.
295!--    Since in prognostic_equations (cache optimized version) these levels are
296!--    handled as a prognostic level, boundary values have to be restored here.
297!--    For the SGS-TKE, Neumann boundary conditions are used at the inflow.
298       IF ( inflow_s )  THEN
299          v_p(:,nys,:) = v_p(:,nys-1,:)
300          IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,nys-1,:) = e_p(:,nys,:)
301       ELSEIF ( inflow_n )  THEN
302          IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,nyn+1,:) = e_p(:,nyn,:)
303       ELSEIF ( inflow_l ) THEN
304          u_p(:,:,nxl) = u_p(:,:,nxl-1)
305          IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,:,nxl-1) = e_p(:,:,nxl)
306       ELSEIF ( inflow_r )  THEN
307          IF ( .NOT. constant_diffusion ) e_p(:,:,nxr+1) = e_p(:,:,nxr)
308       ENDIF
309
310!
311!--    Lateral boundary conditions for scalar quantities at the outflow
312       IF ( outflow_s )  THEN
313          pt_p(:,nys-1,:)     = pt_p(:,nys,:)
314          IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,nys-1,:) = e_p(:,nys,:)
315          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
316             q_p(:,nys-1,:) = q_p(:,nys,:)
317             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
318                  precipitation)  THEN
319                qr_p(:,nys-1,:) = qr_p(:,nys,:)
320                nr_p(:,nys-1,:) = nr_p(:,nys,:)
321             ENDIF
322          ENDIF
323       ELSEIF ( outflow_n )  THEN
324          pt_p(:,nyn+1,:)     = pt_p(:,nyn,:)
325          IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,nyn+1,:) = e_p(:,nyn,:)
326          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
327             q_p(:,nyn+1,:) = q_p(:,nyn,:)
328             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
329                  precipitation )  THEN
330                qr_p(:,nyn+1,:) = qr_p(:,nyn,:)
331                nr_p(:,nyn+1,:) = nr_p(:,nyn,:)
332             ENDIF
333          ENDIF
334       ELSEIF ( outflow_l )  THEN
335          pt_p(:,:,nxl-1)     = pt_p(:,:,nxl)
336          IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,:,nxl-1) = e_p(:,:,nxl)
337          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
338             q_p(:,:,nxl-1) = q_p(:,:,nxl)
339             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
340                  precipitation )  THEN
341                qr_p(:,:,nxl-1) = qr_p(:,:,nxl)
342                nr_p(:,:,nxl-1) = nr_p(:,:,nxl)
343             ENDIF
344          ENDIF
345       ELSEIF ( outflow_r )  THEN
346          pt_p(:,:,nxr+1)     = pt_p(:,:,nxr)
347          IF ( .NOT. constant_diffusion     )  e_p(:,:,nxr+1) = e_p(:,:,nxr)
348          IF ( humidity .OR. passive_scalar )  THEN
349             q_p(:,:,nxr+1) = q_p(:,:,nxr)
350             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  precipitation )  THEN
351                qr_p(:,:,nxr+1) = qr_p(:,:,nxr)
352                nr_p(:,:,nxr+1) = nr_p(:,:,nxr)
353             ENDIF
354          ENDIF
355       ENDIF
356
357    ENDIF
358
359!
360!-- Radiation boundary conditions for the velocities at the respective outflow.
361!-- The phase velocity is either assumed to the maximum phase velocity that
362!-- ensures numerical stability (CFL-condition) or calculated after
363!-- Orlanski(1976) and averaged along the outflow boundary.
364    IF ( outflow_s )  THEN
365
366       IF ( use_cmax )  THEN
367          u_p(:,-1,:) = u(:,0,:)
368          v_p(:,0,:)  = v(:,1,:)
369          w_p(:,-1,:) = w(:,0,:)         
370       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
371
372          c_max = dy / dt_3d
373
374          c_u_m_l = 0.0_wp 
375          c_v_m_l = 0.0_wp
376          c_w_m_l = 0.0_wp
377
378          c_u_m = 0.0_wp 
379          c_v_m = 0.0_wp
380          c_w_m = 0.0_wp
381
382!
383!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
384!--       average along the outflow boundary.
385          DO  k = nzb+1, nzt+1
386             DO  i = nxl, nxr
387
388                denom = u_m_s(k,0,i) - u_m_s(k,1,i)
389
390                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
391                   c_u(k,i) = -c_max * ( u(k,0,i) - u_m_s(k,0,i) ) / ( denom * tsc(2) )
392                   IF ( c_u(k,i) < 0.0_wp )  THEN
393                      c_u(k,i) = 0.0_wp
394                   ELSEIF ( c_u(k,i) > c_max )  THEN
395                      c_u(k,i) = c_max
396                   ENDIF
397                ELSE
398                   c_u(k,i) = c_max
399                ENDIF
400
401                denom = v_m_s(k,1,i) - v_m_s(k,2,i)
402
403                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
404                   c_v(k,i) = -c_max * ( v(k,1,i) - v_m_s(k,1,i) ) / ( denom * tsc(2) )
405                   IF ( c_v(k,i) < 0.0_wp )  THEN
406                      c_v(k,i) = 0.0_wp
407                   ELSEIF ( c_v(k,i) > c_max )  THEN
408                      c_v(k,i) = c_max
409                   ENDIF
410                ELSE
411                   c_v(k,i) = c_max
412                ENDIF
413
414                denom = w_m_s(k,0,i) - w_m_s(k,1,i)
415
416                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
417                   c_w(k,i) = -c_max * ( w(k,0,i) - w_m_s(k,0,i) ) / ( denom * tsc(2) )
418                   IF ( c_w(k,i) < 0.0_wp )  THEN
419                      c_w(k,i) = 0.0_wp
420                   ELSEIF ( c_w(k,i) > c_max )  THEN
421                      c_w(k,i) = c_max
422                   ENDIF
423                ELSE
424                   c_w(k,i) = c_max
425                ENDIF
426
427                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,i)
428                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,i)
429                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,i)
430
431             ENDDO
432          ENDDO
433
434#if defined( __parallel )   
435          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
436          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
437                              MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
438          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
439          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
440                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
441          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
442          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
443                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
444#else
445          c_u_m = c_u_m_l
446          c_v_m = c_v_m_l
447          c_w_m = c_w_m_l
448#endif
449
450          c_u_m = c_u_m / (nx+1)
451          c_v_m = c_v_m / (nx+1)
452          c_w_m = c_w_m / (nx+1)
453
454!
455!--       Save old timelevels for the next timestep
456          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
457             u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
458             v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
459             w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
460          ENDIF
461
462!
463!--       Calculate the new velocities
464          DO  k = nzb+1, nzt+1
465             DO  i = nxlg, nxrg
466                u_p(k,-1,i) = u(k,-1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *          &
467                                       ( u(k,-1,i) - u(k,0,i) ) * ddy
468
469                v_p(k,0,i)  = v(k,0,i)  - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *          &
470                                       ( v(k,0,i) - v(k,1,i) ) * ddy
471
472                w_p(k,-1,i) = w(k,-1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *          &
473                                       ( w(k,-1,i) - w(k,0,i) ) * ddy
474             ENDDO
475          ENDDO
476
477!
478!--       Bottom boundary at the outflow
479          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
480             u_p(nzb,-1,:) = 0.0_wp 
481             v_p(nzb,0,:)  = 0.0_wp 
482          ELSE                   
483             u_p(nzb,-1,:) =  u_p(nzb+1,-1,:)
484             v_p(nzb,0,:)  =  v_p(nzb+1,0,:)
485          ENDIF
486          w_p(nzb,-1,:) = 0.0_wp
487
488!
489!--       Top boundary at the outflow
490          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
491             u_p(nzt+1,-1,:) = u_init(nzt+1)
492             v_p(nzt+1,0,:)  = v_init(nzt+1)
493          ELSE
494             u_p(nzt+1,-1,:) = u(nzt,-1,:)
495             v_p(nzt+1,0,:)  = v(nzt,0,:)
496          ENDIF
497          w_p(nzt:nzt+1,-1,:) = 0.0_wp
498
499       ENDIF
500
501    ENDIF
502
503    IF ( outflow_n )  THEN
504
505       IF ( use_cmax )  THEN
506          u_p(:,ny+1,:) = u(:,ny,:)
507          v_p(:,ny+1,:) = v(:,ny,:)
508          w_p(:,ny+1,:) = w(:,ny,:)         
509       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
510
511          c_max = dy / dt_3d
512
513          c_u_m_l = 0.0_wp 
514          c_v_m_l = 0.0_wp
515          c_w_m_l = 0.0_wp
516
517          c_u_m = 0.0_wp 
518          c_v_m = 0.0_wp
519          c_w_m = 0.0_wp
520
521!
522!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
523!--       average along the outflow boundary.
524          DO  k = nzb+1, nzt+1
525             DO  i = nxl, nxr
526
527                denom = u_m_n(k,ny,i) - u_m_n(k,ny-1,i)
528
529                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
530                   c_u(k,i) = -c_max * ( u(k,ny,i) - u_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
531                   IF ( c_u(k,i) < 0.0_wp )  THEN
532                      c_u(k,i) = 0.0_wp
533                   ELSEIF ( c_u(k,i) > c_max )  THEN
534                      c_u(k,i) = c_max
535                   ENDIF
536                ELSE
537                   c_u(k,i) = c_max
538                ENDIF
539
540                denom = v_m_n(k,ny,i) - v_m_n(k,ny-1,i)
541
542                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
543                   c_v(k,i) = -c_max * ( v(k,ny,i) - v_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
544                   IF ( c_v(k,i) < 0.0_wp )  THEN
545                      c_v(k,i) = 0.0_wp
546                   ELSEIF ( c_v(k,i) > c_max )  THEN
547                      c_v(k,i) = c_max
548                   ENDIF
549                ELSE
550                   c_v(k,i) = c_max
551                ENDIF
552
553                denom = w_m_n(k,ny,i) - w_m_n(k,ny-1,i)
554
555                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
556                   c_w(k,i) = -c_max * ( w(k,ny,i) - w_m_n(k,ny,i) ) / ( denom * tsc(2) )
557                   IF ( c_w(k,i) < 0.0_wp )  THEN
558                      c_w(k,i) = 0.0_wp
559                   ELSEIF ( c_w(k,i) > c_max )  THEN
560                      c_w(k,i) = c_max
561                   ENDIF
562                ELSE
563                   c_w(k,i) = c_max
564                ENDIF
565
566                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,i)
567                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,i)
568                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,i)
569
570             ENDDO
571          ENDDO
572
573#if defined( __parallel )   
574          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
575          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
576                              MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
577          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
578          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
579                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
580          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
581          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
582                              MPI_SUM, comm1dx, ierr ) 
583#else
584          c_u_m = c_u_m_l
585          c_v_m = c_v_m_l
586          c_w_m = c_w_m_l
587#endif
588
589          c_u_m = c_u_m / (nx+1)
590          c_v_m = c_v_m / (nx+1)
591          c_w_m = c_w_m / (nx+1)
592
593!
594!--       Save old timelevels for the next timestep
595          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
596                u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
597                v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
598                w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
599          ENDIF
600
601!
602!--       Calculate the new velocities
603          DO  k = nzb+1, nzt+1
604             DO  i = nxlg, nxrg
605                u_p(k,ny+1,i) = u(k,ny+1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *      &
606                                       ( u(k,ny+1,i) - u(k,ny,i) ) * ddy
607
608                v_p(k,ny+1,i) = v(k,ny+1,i)  - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *     &
609                                       ( v(k,ny+1,i) - v(k,ny,i) ) * ddy
610
611                w_p(k,ny+1,i) = w(k,ny+1,i) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *      &
612                                       ( w(k,ny+1,i) - w(k,ny,i) ) * ddy
613             ENDDO
614          ENDDO
615
616!
617!--       Bottom boundary at the outflow
618          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
619             u_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp
620             v_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp   
621          ELSE                   
622             u_p(nzb,ny+1,:) =  u_p(nzb+1,ny+1,:)
623             v_p(nzb,ny+1,:) =  v_p(nzb+1,ny+1,:)
624          ENDIF
625          w_p(nzb,ny+1,:) = 0.0_wp
626
627!
628!--       Top boundary at the outflow
629          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
630             u_p(nzt+1,ny+1,:) = u_init(nzt+1)
631             v_p(nzt+1,ny+1,:) = v_init(nzt+1)
632          ELSE
633             u_p(nzt+1,ny+1,:) = u_p(nzt,nyn+1,:)
634             v_p(nzt+1,ny+1,:) = v_p(nzt,nyn+1,:)
635          ENDIF
636          w_p(nzt:nzt+1,ny+1,:) = 0.0_wp
637
638       ENDIF
639
640    ENDIF
641
642    IF ( outflow_l )  THEN
643
644       IF ( use_cmax )  THEN
645          u_p(:,:,-1) = u(:,:,0)
646          v_p(:,:,0)  = v(:,:,1)
647          w_p(:,:,-1) = w(:,:,0)         
648       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
649
650          c_max = dx / dt_3d
651
652          c_u_m_l = 0.0_wp 
653          c_v_m_l = 0.0_wp
654          c_w_m_l = 0.0_wp
655
656          c_u_m = 0.0_wp 
657          c_v_m = 0.0_wp
658          c_w_m = 0.0_wp
659
660!
661!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
662!--       average along the outflow boundary.
663          DO  k = nzb+1, nzt+1
664             DO  j = nys, nyn
665
666                denom = u_m_l(k,j,1) - u_m_l(k,j,2)
667
668                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
669                   c_u(k,j) = -c_max * ( u(k,j,1) - u_m_l(k,j,1) ) / ( denom * tsc(2) )
670                   IF ( c_u(k,j) < 0.0_wp )  THEN
671                      c_u(k,j) = 0.0_wp
672                   ELSEIF ( c_u(k,j) > c_max )  THEN
673                      c_u(k,j) = c_max
674                   ENDIF
675                ELSE
676                   c_u(k,j) = c_max
677                ENDIF
678
679                denom = v_m_l(k,j,0) - v_m_l(k,j,1)
680
681                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
682                   c_v(k,j) = -c_max * ( v(k,j,0) - v_m_l(k,j,0) ) / ( denom * tsc(2) )
683                   IF ( c_v(k,j) < 0.0_wp )  THEN
684                      c_v(k,j) = 0.0_wp
685                   ELSEIF ( c_v(k,j) > c_max )  THEN
686                      c_v(k,j) = c_max
687                   ENDIF
688                ELSE
689                   c_v(k,j) = c_max
690                ENDIF
691
692                denom = w_m_l(k,j,0) - w_m_l(k,j,1)
693
694                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
695                   c_w(k,j) = -c_max * ( w(k,j,0) - w_m_l(k,j,0) ) / ( denom * tsc(2) )
696                   IF ( c_w(k,j) < 0.0_wp )  THEN
697                      c_w(k,j) = 0.0_wp
698                   ELSEIF ( c_w(k,j) > c_max )  THEN
699                      c_w(k,j) = c_max
700                   ENDIF
701                ELSE
702                   c_w(k,j) = c_max
703                ENDIF
704
705                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,j)
706                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,j)
707                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,j)
708
709             ENDDO
710          ENDDO
711
712#if defined( __parallel )   
713          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
714          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
715                              MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
716          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
717          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
718                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
719          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
720          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
721                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
722#else
723          c_u_m = c_u_m_l
724          c_v_m = c_v_m_l
725          c_w_m = c_w_m_l
726#endif
727
728          c_u_m = c_u_m / (ny+1)
729          c_v_m = c_v_m / (ny+1)
730          c_w_m = c_w_m / (ny+1)
731
732!
733!--       Save old timelevels for the next timestep
734          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
735                u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
736                v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
737                w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
738          ENDIF
739
740!
741!--       Calculate the new velocities
742          DO  k = nzb+1, nzt+1
743             DO  j = nysg, nyng
744                u_p(k,j,0) = u(k,j,0) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *            &
745                                       ( u(k,j,0) - u(k,j,1) ) * ddx
746
747                v_p(k,j,-1) = v(k,j,-1) - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *          &
748                                       ( v(k,j,-1) - v(k,j,0) ) * ddx
749
750                w_p(k,j,-1) = w(k,j,-1) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *          &
751                                       ( w(k,j,-1) - w(k,j,0) ) * ddx
752             ENDDO
753          ENDDO
754
755!
756!--       Bottom boundary at the outflow
757          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
758             u_p(nzb,:,0)  = 0.0_wp 
759             v_p(nzb,:,-1) = 0.0_wp
760          ELSE                   
761             u_p(nzb,:,0)  =  u_p(nzb+1,:,0)
762             v_p(nzb,:,-1) =  v_p(nzb+1,:,-1)
763          ENDIF
764          w_p(nzb,:,-1) = 0.0_wp
765
766!
767!--       Top boundary at the outflow
768          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
769             u_p(nzt+1,:,-1) = u_init(nzt+1)
770             v_p(nzt+1,:,-1) = v_init(nzt+1)
771          ELSE
772             u_p(nzt+1,:,-1) = u_p(nzt,:,-1)
773             v_p(nzt+1,:,-1) = v_p(nzt,:,-1)
774          ENDIF
775          w_p(nzt:nzt+1,:,-1) = 0.0_wp
776
777       ENDIF
778
779    ENDIF
780
781    IF ( outflow_r )  THEN
782
783       IF ( use_cmax )  THEN
784          u_p(:,:,nx+1) = u(:,:,nx)
785          v_p(:,:,nx+1) = v(:,:,nx)
786          w_p(:,:,nx+1) = w(:,:,nx)         
787       ELSEIF ( .NOT. use_cmax )  THEN
788
789          c_max = dx / dt_3d
790
791          c_u_m_l = 0.0_wp 
792          c_v_m_l = 0.0_wp
793          c_w_m_l = 0.0_wp
794
795          c_u_m = 0.0_wp 
796          c_v_m = 0.0_wp
797          c_w_m = 0.0_wp
798
799!
800!--       Calculate the phase speeds for u, v, and w, first local and then
801!--       average along the outflow boundary.
802          DO  k = nzb+1, nzt+1
803             DO  j = nys, nyn
804
805                denom = u_m_r(k,j,nx) - u_m_r(k,j,nx-1)
806
807                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
808                   c_u(k,j) = -c_max * ( u(k,j,nx) - u_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
809                   IF ( c_u(k,j) < 0.0_wp )  THEN
810                      c_u(k,j) = 0.0_wp
811                   ELSEIF ( c_u(k,j) > c_max )  THEN
812                      c_u(k,j) = c_max
813                   ENDIF
814                ELSE
815                   c_u(k,j) = c_max
816                ENDIF
817
818                denom = v_m_r(k,j,nx) - v_m_r(k,j,nx-1)
819
820                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
821                   c_v(k,j) = -c_max * ( v(k,j,nx) - v_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
822                   IF ( c_v(k,j) < 0.0_wp )  THEN
823                      c_v(k,j) = 0.0_wp
824                   ELSEIF ( c_v(k,j) > c_max )  THEN
825                      c_v(k,j) = c_max
826                   ENDIF
827                ELSE
828                   c_v(k,j) = c_max
829                ENDIF
830
831                denom = w_m_r(k,j,nx) - w_m_r(k,j,nx-1)
832
833                IF ( denom /= 0.0_wp )  THEN
834                   c_w(k,j) = -c_max * ( w(k,j,nx) - w_m_r(k,j,nx) ) / ( denom * tsc(2) )
835                   IF ( c_w(k,j) < 0.0_wp )  THEN
836                      c_w(k,j) = 0.0_wp
837                   ELSEIF ( c_w(k,j) > c_max )  THEN
838                      c_w(k,j) = c_max
839                   ENDIF
840                ELSE
841                   c_w(k,j) = c_max
842                ENDIF
843
844                c_u_m_l(k) = c_u_m_l(k) + c_u(k,j)
845                c_v_m_l(k) = c_v_m_l(k) + c_v(k,j)
846                c_w_m_l(k) = c_w_m_l(k) + c_w(k,j)
847
848             ENDDO
849          ENDDO
850
851#if defined( __parallel )   
852          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
853          CALL MPI_ALLREDUCE( c_u_m_l(nzb+1), c_u_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
854                              MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
855          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
856          CALL MPI_ALLREDUCE( c_v_m_l(nzb+1), c_v_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
857                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
858          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
859          CALL MPI_ALLREDUCE( c_w_m_l(nzb+1), c_w_m(nzb+1), nzt-nzb, MPI_REAL, &
860                              MPI_SUM, comm1dy, ierr ) 
861#else
862          c_u_m = c_u_m_l
863          c_v_m = c_v_m_l
864          c_w_m = c_w_m_l
865#endif
866
867          c_u_m = c_u_m / (ny+1)
868          c_v_m = c_v_m / (ny+1)
869          c_w_m = c_w_m / (ny+1)
870
871!
872!--       Save old timelevels for the next timestep
873          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
874                u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
875                v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
876                w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
877          ENDIF
878
879!
880!--       Calculate the new velocities
881          DO  k = nzb+1, nzt+1
882             DO  j = nysg, nyng
883                u_p(k,j,nx+1) = u(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_u_m(k) *      &
884                                       ( u(k,j,nx+1) - u(k,j,nx) ) * ddx
885
886                v_p(k,j,nx+1) = v(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_v_m(k) *      &
887                                       ( v(k,j,nx+1) - v(k,j,nx) ) * ddx
888
889                w_p(k,j,nx+1) = w(k,j,nx+1) - dt_3d * tsc(2) * c_w_m(k) *      &
890                                       ( w(k,j,nx+1) - w(k,j,nx) ) * ddx
891             ENDDO
892          ENDDO
893
894!
895!--       Bottom boundary at the outflow
896          IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
897             u_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp
898             v_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp 
899          ELSE                   
900             u_p(nzb,:,nx+1) =  u_p(nzb+1,:,nx+1)
901             v_p(nzb,:,nx+1) =  v_p(nzb+1,:,nx+1)
902          ENDIF
903          w_p(nzb,:,nx+1) = 0.0_wp
904
905!
906!--       Top boundary at the outflow
907          IF ( ibc_uv_t == 0 )  THEN
908             u_p(nzt+1,:,nx+1) = u_init(nzt+1)
909             v_p(nzt+1,:,nx+1) = v_init(nzt+1)
910          ELSE
911             u_p(nzt+1,:,nx+1) = u_p(nzt,:,nx+1)
912             v_p(nzt+1,:,nx+1) = v_p(nzt,:,nx+1)
913          ENDIF
914          w(nzt:nzt+1,:,nx+1) = 0.0_wp
915
916       ENDIF
917
918    ENDIF
919
920 END SUBROUTINE boundary_conds
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.