source: palm/trunk/SOURCE/diffusion_e.f90 @ 1001

Last change on this file since 1001 was 1001, checked in by raasch, 12 years ago

leapfrog timestep scheme and upstream-spline advection scheme completely removed from the code,
reading of dt_fixed from restart file removed

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 14.8 KB
Line 
1 MODULE diffusion_e_mod
2
3!------------------------------------------------------------------------------!
4! Current revisions:
5! -----------------
6! most arrays comunicated by module instead of parameter list
7!
8! Former revisions:
9! -----------------
10! $Id: diffusion_e.f90 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch $
11!
12! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
13! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
14!
15! 790 2011-11-29 03:11:20Z raasch
16! diss is also calculated in case that the Wang kernel is used
17!
18! 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring/gryschka
19! nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng
20!
21! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
22! Adjustment of mixing length calculation for the ocean version. zw added to
23! argument list.
24! This is also a bugfix, because the height above the topography is now
25! used instead of the height above level k=0.
26! theta renamed var, dpt_dz renamed dvar_dz, +new argument var_reference
27! use_pt_reference renamed use_reference
28!
29! 65 2007-03-13 12:11:43Z raasch
30! Reference temperature pt_reference can be used in buoyancy term
31!
32! 20 2007-02-26 00:12:32Z raasch
33! Bugfix: ddzw dimensioned 1:nzt"+1"
34! Calculation extended for gridpoint nzt
35!
36! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
37!
38! Revision 1.18  2006/08/04 14:29:43  raasch
39! dissipation is stored in extra array diss if needed later on for calculating
40! the sgs particle velocities
41!
42! Revision 1.1  1997/09/19 07:40:24  raasch
43! Initial revision
44!
45!
46! Description:
47! ------------
48! Diffusion- and dissipation terms for the TKE
49!------------------------------------------------------------------------------!
50
51    PRIVATE
52    PUBLIC diffusion_e
53   
54
55    INTERFACE diffusion_e
56       MODULE PROCEDURE diffusion_e
57       MODULE PROCEDURE diffusion_e_ij
58    END INTERFACE diffusion_e
59 
60 CONTAINS
61
62
63!------------------------------------------------------------------------------!
64! Call for all grid points
65!------------------------------------------------------------------------------!
66    SUBROUTINE diffusion_e( var, var_reference )
67
68       USE arrays_3d
69       USE control_parameters
70       USE grid_variables
71       USE indices
72       USE particle_attributes
73
74       IMPLICIT NONE
75
76       INTEGER ::  i, j, k
77       REAL    ::  dvar_dz, l_stable, phi_m, var_reference
78
79       REAL, DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  var
80       REAL, DIMENSION(nzb+1:nzt,nys:nyn) ::  dissipation, l, ll
81 
82
83!
84!--    This if clause must be outside the k-loop because otherwise
85!--    runtime errors occur with -C hopt on NEC
86       IF ( use_reference )  THEN
87
88          DO  i = nxl, nxr
89             DO  j = nys, nyn
90!
91!--             First, calculate phi-function for eventually adjusting the &
92!--             mixing length to the prandtl mixing length
93                IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
94                   IF ( rif(j,i) >= 0.0 )  THEN
95                      phi_m = 1.0 + 5.0 * rif(j,i)
96                   ELSE
97                      phi_m = 1.0 / SQRT( SQRT( 1.0 - 16.0 * rif(j,i) ) )
98                   ENDIF
99                ENDIF
100
101                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
102!
103!--                Calculate the mixing length (for dissipation)
104                   dvar_dz = atmos_ocean_sign * &
105                             ( var(k+1,j,i) - var(k-1,j,i) ) * dd2zu(k)
106                   IF ( dvar_dz > 0.0 ) THEN
107                      l_stable = 0.76 * SQRT( e(k,j,i) ) / &
108                                 SQRT( g / var_reference * dvar_dz ) + 1E-5
109                   ELSE
110                      l_stable = l_grid(k)
111                   ENDIF
112!
113!--                Adjustment of the mixing length
114                   IF ( wall_adjustment )  THEN
115                      l(k,j)  = MIN( wall_adjustment_factor *          &
116                                     ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), &
117                                     l_grid(k), l_stable )
118                      ll(k,j) = MIN( wall_adjustment_factor *          &
119                                     ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), &
120                                     l_grid(k) )
121                   ELSE
122                      l(k,j)  = MIN( l_grid(k), l_stable )
123                      ll(k,j) = l_grid(k)
124                   ENDIF
125                   IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
126                      l(k,j)  = MIN( l(k,j),  kappa *                          &
127                                              ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) &
128                                              / phi_m )
129                      ll(k,j) = MIN( ll(k,j), kappa *                          &
130                                              ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) &
131                                              / phi_m )
132                   ENDIF
133
134                ENDDO
135             ENDDO
136
137!
138!--          Calculate the tendency terms
139             DO  j = nys, nyn
140                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
141
142                    dissipation(k,j) = ( 0.19 + 0.74 * l(k,j) / ll(k,j) ) * &
143                                       e(k,j,i) * SQRT( e(k,j,i) ) / l(k,j)
144
145                    tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                  &
146                                        + (                                    &
147                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1) ) * ( e(k,j,i+1)-e(k,j,i) )  &
148                        - ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j,i-1) )  &
149                                          ) * ddx2                             &
150                                        + (                                    &
151                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i) ) * ( e(k,j+1,i)-e(k,j,i) )  &
152                        - ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j-1,i) )  &
153                                          ) * ddy2                             &
154                                        + (                                    &
155               ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i) ) * ( e(k+1,j,i)-e(k,j,i) ) * ddzu(k+1) &
156             - ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k-1,j,i) ) * ddzu(k)   &
157                                          ) * ddzw(k)                          &
158                             - dissipation(k,j)
159
160                ENDDO
161             ENDDO
162
163!
164!--          Store dissipation if needed for calculating the sgs particle
165!--          velocities
166             IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel )  THEN
167                DO  j = nys, nyn
168                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
169                      diss(k,j,i) = dissipation(k,j)
170                   ENDDO
171                ENDDO
172             ENDIF
173
174          ENDDO
175
176       ELSE
177
178          DO  i = nxl, nxr
179             DO  j = nys, nyn
180!
181!--             First, calculate phi-function for eventually adjusting the &
182!--             mixing length to the prandtl mixing length
183                IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
184                   IF ( rif(j,i) >= 0.0 )  THEN
185                      phi_m = 1.0 + 5.0 * rif(j,i)
186                   ELSE
187                      phi_m = 1.0 / SQRT( SQRT( 1.0 - 16.0 * rif(j,i) ) )
188                   ENDIF
189                ENDIF
190
191                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
192!
193!--                Calculate the mixing length (for dissipation)
194                   dvar_dz = atmos_ocean_sign * &
195                             ( var(k+1,j,i) - var(k-1,j,i) ) * dd2zu(k)
196                   IF ( dvar_dz > 0.0 ) THEN
197                      l_stable = 0.76 * SQRT( e(k,j,i) ) / &
198                                        SQRT( g / var(k,j,i) * dvar_dz ) + 1E-5
199                   ELSE
200                      l_stable = l_grid(k)
201                   ENDIF
202!
203!--                Adjustment of the mixing length
204                   IF ( wall_adjustment )  THEN
205                      l(k,j)  = MIN( wall_adjustment_factor *          &
206                                     ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), &
207                                     l_grid(k), l_stable )
208                      ll(k,j) = MIN( wall_adjustment_factor *          &
209                                     ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), &
210                                     l_grid(k) )
211                   ELSE
212                      l(k,j)  = MIN( l_grid(k), l_stable )
213                      ll(k,j) = l_grid(k)
214                   ENDIF
215                   IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
216                      l(k,j)  = MIN( l(k,j),  kappa *                          &
217                                              ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) &
218                                              / phi_m )
219                      ll(k,j) = MIN( ll(k,j), kappa *                          &
220                                              ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) &
221                                              / phi_m )
222                   ENDIF
223
224                ENDDO
225             ENDDO
226
227!
228!--          Calculate the tendency terms
229             DO  j = nys, nyn
230                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
231
232                    dissipation(k,j) = ( 0.19 + 0.74 * l(k,j) / ll(k,j) ) * &
233                                       e(k,j,i) * SQRT( e(k,j,i) ) / l(k,j)
234
235                    tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                  &
236                                        + (                                    &
237                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1) ) * ( e(k,j,i+1)-e(k,j,i) )  &
238                        - ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j,i-1) )  &
239                                          ) * ddx2                             &
240                                        + (                                    &
241                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i) ) * ( e(k,j+1,i)-e(k,j,i) )  &
242                        - ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j-1,i) )  &
243                                          ) * ddy2                             &
244                                        + (                                    &
245               ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i) ) * ( e(k+1,j,i)-e(k,j,i) ) * ddzu(k+1) &
246             - ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k-1,j,i) ) * ddzu(k)   &
247                                          ) * ddzw(k)                          &
248                             - dissipation(k,j)
249
250                ENDDO
251             ENDDO
252
253!
254!--          Store dissipation if needed for calculating the sgs particle
255!--          velocities
256             IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel )  THEN
257                DO  j = nys, nyn
258                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
259                      diss(k,j,i) = dissipation(k,j)
260                   ENDDO
261                ENDDO
262             ENDIF
263
264          ENDDO
265
266       ENDIF
267
268!
269!--    Boundary condition for dissipation
270       IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel )  THEN
271          DO  i = nxl, nxr
272             DO  j = nys, nyn
273                diss(nzb_s_inner(j,i),j,i) = diss(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
274             ENDDO
275          ENDDO
276       ENDIF
277
278    END SUBROUTINE diffusion_e
279
280
281!------------------------------------------------------------------------------!
282! Call for grid point i,j
283!------------------------------------------------------------------------------!
284    SUBROUTINE diffusion_e_ij( i, j, var, var_reference )
285
286       USE arrays_3d
287       USE control_parameters
288       USE grid_variables
289       USE indices
290       USE particle_attributes
291
292       IMPLICIT NONE
293
294       INTEGER ::  i, j, k
295       REAL    ::  dvar_dz, l_stable, phi_m, var_reference
296
297       REAL, DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  var
298       REAL, DIMENSION(nzb+1:nzt) ::  dissipation, l, ll
299
300
301!
302!--    First, calculate phi-function for eventually adjusting the mixing length
303!--    to the prandtl mixing length
304       IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
305          IF ( rif(j,i) >= 0.0 )  THEN
306             phi_m = 1.0 + 5.0 * rif(j,i)
307          ELSE
308             phi_m = 1.0 / SQRT( SQRT( 1.0 - 16.0 * rif(j,i) ) )
309          ENDIF
310       ENDIF
311
312!
313!--    Calculate the mixing length (for dissipation)
314       DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
315          dvar_dz = atmos_ocean_sign * &
316                    ( var(k+1,j,i) - var(k-1,j,i) ) * dd2zu(k)
317          IF ( dvar_dz > 0.0 ) THEN
318             IF ( use_reference )  THEN
319                l_stable = 0.76 * SQRT( e(k,j,i) ) / &
320                                  SQRT( g / var_reference * dvar_dz ) + 1E-5
321             ELSE
322                l_stable = 0.76 * SQRT( e(k,j,i) ) / &
323                                  SQRT( g / var(k,j,i) * dvar_dz ) + 1E-5
324             ENDIF
325          ELSE
326             l_stable = l_grid(k)
327          ENDIF
328!
329!--       Adjustment of the mixing length
330          IF ( wall_adjustment )  THEN
331             l(k)  = MIN( wall_adjustment_factor *                     &
332                          ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), l_grid(k), &
333                          l_stable )
334             ll(k) = MIN( wall_adjustment_factor *                     &
335                          ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), l_grid(k) )
336          ELSE
337             l(k)  = MIN( l_grid(k), l_stable )
338             ll(k) = l_grid(k)
339          ENDIF
340          IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
341             l(k)  = MIN( l(k),  kappa * &
342                                 ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) / phi_m )
343             ll(k) = MIN( ll(k), kappa * &
344                                 ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) / phi_m )
345          ENDIF
346
347!
348!--       Calculate the tendency term
349          dissipation(k) = ( 0.19 + 0.74 * l(k) / ll(k) ) * e(k,j,i) * &
350                           SQRT( e(k,j,i) ) / l(k)
351
352          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                           &
353                                       + (                                    &
354                         ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1) ) * ( e(k,j,i+1)-e(k,j,i) )  &
355                       - ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j,i-1) )  &
356                                         ) * ddx2                             &
357                                       + (                                    &
358                         ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i) ) * ( e(k,j+1,i)-e(k,j,i) )  &
359                       - ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j-1,i) )  &
360                                         ) * ddy2                             &
361                                       + (                                    &
362              ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i) ) * ( e(k+1,j,i)-e(k,j,i) ) * ddzu(k+1) &
363            - ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k-1,j,i) ) * ddzu(k)   &
364                                         ) * ddzw(k)                          &
365                                       - dissipation(k)
366
367       ENDDO
368
369!
370!--    Store dissipation if needed for calculating the sgs particle velocities
371       IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel )  THEN
372          DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
373             diss(k,j,i) = dissipation(k)
374          ENDDO
375!
376!--       Boundary condition for dissipation
377          diss(nzb_s_inner(j,i),j,i) = diss(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
378       ENDIF
379
380    END SUBROUTINE diffusion_e_ij
381
382 END MODULE diffusion_e_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.