source: palm/trunk/SOURCE/boundary_conds.f90 @ 1765

Last change on this file since 1765 was 1765, checked in by raasch, 7 years ago

last commit documented

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