source: palm/trunk/SOURCE/diffusion_e.f90 @ 1010

Last change on this file since 1010 was 1010, checked in by raasch, 12 years ago

pointer free version can be generated with cpp switch nopointer

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 15.1 KB
Line 
1 MODULE diffusion_e_mod
2
3!------------------------------------------------------------------------------!
4! Current revisions:
5! -----------------
6! cpp switch __nopointer added for pointer free version
7!
8! Former revisions:
9! -----------------
10! $Id: diffusion_e.f90 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch $
11!
12! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
13! most arrays comunicated by module instead of parameter list
14!
15! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
16! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
17!
18! 790 2011-11-29 03:11:20Z raasch
19! diss is also calculated in case that the Wang kernel is used
20!
21! 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring/gryschka
22! nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng
23!
24! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
25! Adjustment of mixing length calculation for the ocean version. zw added to
26! argument list.
27! This is also a bugfix, because the height above the topography is now
28! used instead of the height above level k=0.
29! theta renamed var, dpt_dz renamed dvar_dz, +new argument var_reference
30! use_pt_reference renamed use_reference
31!
32! 65 2007-03-13 12:11:43Z raasch
33! Reference temperature pt_reference can be used in buoyancy term
34!
35! 20 2007-02-26 00:12:32Z raasch
36! Bugfix: ddzw dimensioned 1:nzt"+1"
37! Calculation extended for gridpoint nzt
38!
39! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
40!
41! Revision 1.18  2006/08/04 14:29:43  raasch
42! dissipation is stored in extra array diss if needed later on for calculating
43! the sgs particle velocities
44!
45! Revision 1.1  1997/09/19 07:40:24  raasch
46! Initial revision
47!
48!
49! Description:
50! ------------
51! Diffusion- and dissipation terms for the TKE
52!------------------------------------------------------------------------------!
53
54    PRIVATE
55    PUBLIC diffusion_e
56   
57
58    INTERFACE diffusion_e
59       MODULE PROCEDURE diffusion_e
60       MODULE PROCEDURE diffusion_e_ij
61    END INTERFACE diffusion_e
62 
63 CONTAINS
64
65
66!------------------------------------------------------------------------------!
67! Call for all grid points
68!------------------------------------------------------------------------------!
69    SUBROUTINE diffusion_e( var, var_reference )
70
71       USE arrays_3d
72       USE control_parameters
73       USE grid_variables
74       USE indices
75       USE particle_attributes
76
77       IMPLICIT NONE
78
79       INTEGER ::  i, j, k
80       REAL    ::  dvar_dz, l_stable, phi_m, var_reference
81
82#if defined( __nopointer )
83       REAL, DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  var
84#else
85       REAL, DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  var
86#endif
87       REAL, DIMENSION(nzb+1:nzt,nys:nyn) ::  dissipation, l, ll
88 
89
90!
91!--    This if clause must be outside the k-loop because otherwise
92!--    runtime errors occur with -C hopt on NEC
93       IF ( use_reference )  THEN
94
95          DO  i = nxl, nxr
96             DO  j = nys, nyn
97!
98!--             First, calculate phi-function for eventually adjusting the &
99!--             mixing length to the prandtl mixing length
100                IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
101                   IF ( rif(j,i) >= 0.0 )  THEN
102                      phi_m = 1.0 + 5.0 * rif(j,i)
103                   ELSE
104                      phi_m = 1.0 / SQRT( SQRT( 1.0 - 16.0 * rif(j,i) ) )
105                   ENDIF
106                ENDIF
107
108                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
109!
110!--                Calculate the mixing length (for dissipation)
111                   dvar_dz = atmos_ocean_sign * &
112                             ( var(k+1,j,i) - var(k-1,j,i) ) * dd2zu(k)
113                   IF ( dvar_dz > 0.0 ) THEN
114                      l_stable = 0.76 * SQRT( e(k,j,i) ) / &
115                                 SQRT( g / var_reference * dvar_dz ) + 1E-5
116                   ELSE
117                      l_stable = l_grid(k)
118                   ENDIF
119!
120!--                Adjustment of the mixing length
121                   IF ( wall_adjustment )  THEN
122                      l(k,j)  = MIN( wall_adjustment_factor *          &
123                                     ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), &
124                                     l_grid(k), l_stable )
125                      ll(k,j) = MIN( wall_adjustment_factor *          &
126                                     ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), &
127                                     l_grid(k) )
128                   ELSE
129                      l(k,j)  = MIN( l_grid(k), l_stable )
130                      ll(k,j) = l_grid(k)
131                   ENDIF
132                   IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
133                      l(k,j)  = MIN( l(k,j),  kappa *                          &
134                                              ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) &
135                                              / phi_m )
136                      ll(k,j) = MIN( ll(k,j), kappa *                          &
137                                              ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) &
138                                              / phi_m )
139                   ENDIF
140
141                ENDDO
142             ENDDO
143
144!
145!--          Calculate the tendency terms
146             DO  j = nys, nyn
147                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
148
149                    dissipation(k,j) = ( 0.19 + 0.74 * l(k,j) / ll(k,j) ) * &
150                                       e(k,j,i) * SQRT( e(k,j,i) ) / l(k,j)
151
152                    tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                  &
153                                        + (                                    &
154                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1) ) * ( e(k,j,i+1)-e(k,j,i) )  &
155                        - ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j,i-1) )  &
156                                          ) * ddx2                             &
157                                        + (                                    &
158                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i) ) * ( e(k,j+1,i)-e(k,j,i) )  &
159                        - ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j-1,i) )  &
160                                          ) * ddy2                             &
161                                        + (                                    &
162               ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i) ) * ( e(k+1,j,i)-e(k,j,i) ) * ddzu(k+1) &
163             - ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k-1,j,i) ) * ddzu(k)   &
164                                          ) * ddzw(k)                          &
165                             - dissipation(k,j)
166
167                ENDDO
168             ENDDO
169
170!
171!--          Store dissipation if needed for calculating the sgs particle
172!--          velocities
173             IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel )  THEN
174                DO  j = nys, nyn
175                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
176                      diss(k,j,i) = dissipation(k,j)
177                   ENDDO
178                ENDDO
179             ENDIF
180
181          ENDDO
182
183       ELSE
184
185          DO  i = nxl, nxr
186             DO  j = nys, nyn
187!
188!--             First, calculate phi-function for eventually adjusting the &
189!--             mixing length to the prandtl mixing length
190                IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
191                   IF ( rif(j,i) >= 0.0 )  THEN
192                      phi_m = 1.0 + 5.0 * rif(j,i)
193                   ELSE
194                      phi_m = 1.0 / SQRT( SQRT( 1.0 - 16.0 * rif(j,i) ) )
195                   ENDIF
196                ENDIF
197
198                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
199!
200!--                Calculate the mixing length (for dissipation)
201                   dvar_dz = atmos_ocean_sign * &
202                             ( var(k+1,j,i) - var(k-1,j,i) ) * dd2zu(k)
203                   IF ( dvar_dz > 0.0 ) THEN
204                      l_stable = 0.76 * SQRT( e(k,j,i) ) / &
205                                        SQRT( g / var(k,j,i) * dvar_dz ) + 1E-5
206                   ELSE
207                      l_stable = l_grid(k)
208                   ENDIF
209!
210!--                Adjustment of the mixing length
211                   IF ( wall_adjustment )  THEN
212                      l(k,j)  = MIN( wall_adjustment_factor *          &
213                                     ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), &
214                                     l_grid(k), l_stable )
215                      ll(k,j) = MIN( wall_adjustment_factor *          &
216                                     ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), &
217                                     l_grid(k) )
218                   ELSE
219                      l(k,j)  = MIN( l_grid(k), l_stable )
220                      ll(k,j) = l_grid(k)
221                   ENDIF
222                   IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
223                      l(k,j)  = MIN( l(k,j),  kappa *                          &
224                                              ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) &
225                                              / phi_m )
226                      ll(k,j) = MIN( ll(k,j), kappa *                          &
227                                              ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) &
228                                              / phi_m )
229                   ENDIF
230
231                ENDDO
232             ENDDO
233
234!
235!--          Calculate the tendency terms
236             DO  j = nys, nyn
237                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
238
239                    dissipation(k,j) = ( 0.19 + 0.74 * l(k,j) / ll(k,j) ) * &
240                                       e(k,j,i) * SQRT( e(k,j,i) ) / l(k,j)
241
242                    tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                  &
243                                        + (                                    &
244                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1) ) * ( e(k,j,i+1)-e(k,j,i) )  &
245                        - ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j,i-1) )  &
246                                          ) * ddx2                             &
247                                        + (                                    &
248                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i) ) * ( e(k,j+1,i)-e(k,j,i) )  &
249                        - ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j-1,i) )  &
250                                          ) * ddy2                             &
251                                        + (                                    &
252               ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i) ) * ( e(k+1,j,i)-e(k,j,i) ) * ddzu(k+1) &
253             - ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k-1,j,i) ) * ddzu(k)   &
254                                          ) * ddzw(k)                          &
255                             - dissipation(k,j)
256
257                ENDDO
258             ENDDO
259
260!
261!--          Store dissipation if needed for calculating the sgs particle
262!--          velocities
263             IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel )  THEN
264                DO  j = nys, nyn
265                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
266                      diss(k,j,i) = dissipation(k,j)
267                   ENDDO
268                ENDDO
269             ENDIF
270
271          ENDDO
272
273       ENDIF
274
275!
276!--    Boundary condition for dissipation
277       IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel )  THEN
278          DO  i = nxl, nxr
279             DO  j = nys, nyn
280                diss(nzb_s_inner(j,i),j,i) = diss(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
281             ENDDO
282          ENDDO
283       ENDIF
284
285    END SUBROUTINE diffusion_e
286
287
288!------------------------------------------------------------------------------!
289! Call for grid point i,j
290!------------------------------------------------------------------------------!
291    SUBROUTINE diffusion_e_ij( i, j, var, var_reference )
292
293       USE arrays_3d
294       USE control_parameters
295       USE grid_variables
296       USE indices
297       USE particle_attributes
298
299       IMPLICIT NONE
300
301       INTEGER ::  i, j, k
302       REAL    ::  dvar_dz, l_stable, phi_m, var_reference
303
304#if defined( __nopointer )
305       REAL, DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  var
306#else
307       REAL, DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  var
308#endif
309       REAL, DIMENSION(nzb+1:nzt) ::  dissipation, l, ll
310
311
312!
313!--    First, calculate phi-function for eventually adjusting the mixing length
314!--    to the prandtl mixing length
315       IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
316          IF ( rif(j,i) >= 0.0 )  THEN
317             phi_m = 1.0 + 5.0 * rif(j,i)
318          ELSE
319             phi_m = 1.0 / SQRT( SQRT( 1.0 - 16.0 * rif(j,i) ) )
320          ENDIF
321       ENDIF
322
323!
324!--    Calculate the mixing length (for dissipation)
325       DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
326          dvar_dz = atmos_ocean_sign * &
327                    ( var(k+1,j,i) - var(k-1,j,i) ) * dd2zu(k)
328          IF ( dvar_dz > 0.0 ) THEN
329             IF ( use_reference )  THEN
330                l_stable = 0.76 * SQRT( e(k,j,i) ) / &
331                                  SQRT( g / var_reference * dvar_dz ) + 1E-5
332             ELSE
333                l_stable = 0.76 * SQRT( e(k,j,i) ) / &
334                                  SQRT( g / var(k,j,i) * dvar_dz ) + 1E-5
335             ENDIF
336          ELSE
337             l_stable = l_grid(k)
338          ENDIF
339!
340!--       Adjustment of the mixing length
341          IF ( wall_adjustment )  THEN
342             l(k)  = MIN( wall_adjustment_factor *                     &
343                          ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), l_grid(k), &
344                          l_stable )
345             ll(k) = MIN( wall_adjustment_factor *                     &
346                          ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ), l_grid(k) )
347          ELSE
348             l(k)  = MIN( l_grid(k), l_stable )
349             ll(k) = l_grid(k)
350          ENDIF
351          IF ( adjust_mixing_length  .AND.  prandtl_layer )  THEN
352             l(k)  = MIN( l(k),  kappa * &
353                                 ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) / phi_m )
354             ll(k) = MIN( ll(k), kappa * &
355                                 ( zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i)) ) / phi_m )
356          ENDIF
357
358!
359!--       Calculate the tendency term
360          dissipation(k) = ( 0.19 + 0.74 * l(k) / ll(k) ) * e(k,j,i) * &
361                           SQRT( e(k,j,i) ) / l(k)
362
363          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                           &
364                                       + (                                    &
365                         ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1) ) * ( e(k,j,i+1)-e(k,j,i) )  &
366                       - ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j,i-1) )  &
367                                         ) * ddx2                             &
368                                       + (                                    &
369                         ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i) ) * ( e(k,j+1,i)-e(k,j,i) )  &
370                       - ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k,j-1,i) )  &
371                                         ) * ddy2                             &
372                                       + (                                    &
373              ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i) ) * ( e(k+1,j,i)-e(k,j,i) ) * ddzu(k+1) &
374            - ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i) ) * ( e(k,j,i)-e(k-1,j,i) ) * ddzu(k)   &
375                                         ) * ddzw(k)                          &
376                                       - dissipation(k)
377
378       ENDDO
379
380!
381!--    Store dissipation if needed for calculating the sgs particle velocities
382       IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel )  THEN
383          DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
384             diss(k,j,i) = dissipation(k)
385          ENDDO
386!
387!--       Boundary condition for dissipation
388          diss(nzb_s_inner(j,i),j,i) = diss(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
389       ENDIF
390
391    END SUBROUTINE diffusion_e_ij
392
393 END MODULE diffusion_e_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.