source: palm/trunk/SOURCE/diffusion_s.f90 @ 1341

Last change on this file since 1341 was 1341, checked in by kanani, 8 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 19.7 KB
Line 
1 MODULE diffusion_s_mod
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: diffusion_s.f90 1341 2014-03-25 19:48:09Z kanani $
27!
28! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
29! REAL constants defined as wp-kind
30!
31! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
32! ONLY-attribute added to USE-statements,
33! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
34! kinds are defined in new module kinds,
35! revision history before 2012 removed,
36! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
37! all variable declaration statements
38!
39! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
40! openacc loop and loop vector clauses removed
41!
42! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
43! loop index bounds in accelerator version replaced by i_left, i_right, j_south,
44! j_north
45!
46! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
47! unused variables removed
48!
49! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
50! code put under GPL (PALM 3.9)
51!
52! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
53! accelerator version (*_acc) added
54!
55! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
56! cpp switch __nopointer added for pointer free version
57!
58! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
59! some arrays comunicated by module instead of parameter list
60!
61! Revision 1.1  2000/04/13 14:54:02  schroeter
62! Initial revision
63!
64!
65! Description:
66! ------------
67! Diffusion term of scalar quantities (temperature and water content)
68!------------------------------------------------------------------------------!
69
70    PRIVATE
71    PUBLIC diffusion_s, diffusion_s_acc
72
73    INTERFACE diffusion_s
74       MODULE PROCEDURE diffusion_s
75       MODULE PROCEDURE diffusion_s_ij
76    END INTERFACE diffusion_s
77
78    INTERFACE diffusion_s_acc
79       MODULE PROCEDURE diffusion_s_acc
80    END INTERFACE diffusion_s_acc
81
82 CONTAINS
83
84
85!------------------------------------------------------------------------------!
86! Call for all grid points
87!------------------------------------------------------------------------------!
88    SUBROUTINE diffusion_s( s, s_flux_b, s_flux_t, wall_s_flux )
89
90       USE arrays_3d,                                                          &
91           ONLY:  ddzu, ddzw, kh, tend
92       
93       USE control_parameters,                                                 & 
94           ONLY: use_surface_fluxes, use_top_fluxes
95       
96       USE grid_variables,                                                     &
97           ONLY:  ddx2, ddy2, fwxm, fwxp, fwym, fwyp, wall_w_x, wall_w_y
98       
99       USE indices,                                                            &
100           ONLY:  nxl, nxlg, nxr, nxrg, nyn, nyng, nys, nysg,                  &
101                  nzb_diff_s_inner, nzb_s_inner, nzb_s_outer, nzt, nzt_diff
102       
103       USE kinds
104
105       IMPLICIT NONE
106
107       INTEGER(iwp) ::  i                 !:
108       INTEGER(iwp) ::  j                 !:
109       INTEGER(iwp) ::  k                 !:
110       REAL(wp)     ::  wall_s_flux(0:4)  !:
111       REAL(wp), DIMENSION(nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  s_flux_b, s_flux_t !:
112#if defined( __nopointer )
113       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  s  !:
114#else
115       REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  s  !:
116#endif
117
118       DO  i = nxl, nxr
119          DO  j = nys,nyn
120!
121!--          Compute horizontal diffusion
122             DO  k = nzb_s_outer(j,i)+1, nzt
123
124                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
125                                          + 0.5_wp * (                         &
126                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i+1) ) * ( s(k,j,i+1)-s(k,j,i) )  &
127                      - ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i-1) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j,i-1) )  &
128                                                     ) * ddx2                  &
129                                          + 0.5_wp * (                         &
130                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j+1,i) ) * ( s(k,j+1,i)-s(k,j,i) )  &
131                      - ( kh(k,j,i) + kh(k,j-1,i) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j-1,i) )  &
132                                                     ) * ddy2
133             ENDDO
134
135!
136!--          Apply prescribed horizontal wall heatflux where necessary
137             IF ( ( wall_w_x(j,i) .NE. 0.0_wp ) .OR. ( wall_w_y(j,i) .NE. 0.0_wp ) ) &
138             THEN
139                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzb_s_outer(j,i)
140
141                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
142                                                + ( fwxp(j,i) * 0.5_wp *       &
143                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i+1) ) * ( s(k,j,i+1)-s(k,j,i) )  &
144                        + ( 1.0_wp - fwxp(j,i) ) * wall_s_flux(1)              &
145                                                   -fwxm(j,i) * 0.5_wp *       &
146                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i-1) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j,i-1) )  &
147                        + ( 1.0_wp - fwxm(j,i) ) * wall_s_flux(2)              &
148                                                  ) * ddx2                     &
149                                                + ( fwyp(j,i) * 0.5_wp *       &
150                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j+1,i) ) * ( s(k,j+1,i)-s(k,j,i) )  &
151                        + ( 1.0_wp - fwyp(j,i) ) * wall_s_flux(3)              &
152                                                   -fwym(j,i) * 0.5_wp *       &
153                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j-1,i) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j-1,i) )  &
154                        + ( 1.0_wp - fwym(j,i) ) * wall_s_flux(4)              &
155                                                  ) * ddy2
156                ENDDO
157             ENDIF
158
159!
160!--          Compute vertical diffusion. In case that surface fluxes have been
161!--          prescribed or computed at bottom and/or top, index k starts/ends at
162!--          nzb+2 or nzt-1, respectively.
163             DO  k = nzb_diff_s_inner(j,i), nzt_diff
164
165                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
166                                       + 0.5_wp * (                            &
167            ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) ) * ( s(k+1,j,i)-s(k,j,i) ) * ddzu(k+1)  &
168          - ( kh(k,j,i) + kh(k-1,j,i) ) * ( s(k,j,i)-s(k-1,j,i) ) * ddzu(k)    &
169                                                  ) * ddzw(k)
170             ENDDO
171
172!
173!--          Vertical diffusion at the first computational gridpoint along
174!--          z-direction
175             IF ( use_surface_fluxes )  THEN
176
177                k = nzb_s_inner(j,i)+1
178
179                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
180                                       + ( 0.5_wp * ( kh(k,j,i)+kh(k+1,j,i) )  &
181                                                  * ( s(k+1,j,i)-s(k,j,i) )    &
182                                                  * ddzu(k+1)                  &
183                                           + s_flux_b(j,i)                     &
184                                         ) * ddzw(k)
185
186             ENDIF
187
188!
189!--          Vertical diffusion at the last computational gridpoint along
190!--          z-direction
191             IF ( use_top_fluxes )  THEN
192
193                k = nzt
194
195                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
196                                       + ( - s_flux_t(j,i)                     &
197                                           - 0.5_wp * ( kh(k-1,j,i)+kh(k,j,i) )&
198                                                    * ( s(k,j,i)-s(k-1,j,i) )  &
199                                                    * ddzu(k)                  &
200                                         ) * ddzw(k)
201
202             ENDIF
203
204          ENDDO
205       ENDDO
206
207    END SUBROUTINE diffusion_s
208
209
210!------------------------------------------------------------------------------!
211! Call for all grid points - accelerator version
212!------------------------------------------------------------------------------!
213    SUBROUTINE diffusion_s_acc( s, s_flux_b, s_flux_t, wall_s_flux )
214
215       USE arrays_3d,                                                          &
216           ONLY:  ddzu, ddzw, kh, tend
217           
218       USE control_parameters,                                                 & 
219           ONLY: use_surface_fluxes, use_top_fluxes
220       
221       USE grid_variables,                                                     &
222           ONLY:  ddx2, ddy2, fwxm, fwxp, fwym, fwyp, wall_w_x, wall_w_y
223       
224       USE indices, &
225           ONLY: i_left, i_right, j_north, j_south, nxlg, nxrg, nyng, nysg,    &
226                 nzb_diff_s_inner, nzb_s_inner, nzb_s_outer, nzt, nzt_diff
227           
228       USE kinds
229
230       IMPLICIT NONE
231
232       INTEGER(iwp) ::  i                 !:
233       INTEGER(iwp) ::  j                 !:
234       INTEGER(iwp) ::  k                 !:
235       REAL(wp)     ::  wall_s_flux(0:4)  !:
236       REAL(wp), DIMENSION(nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  s_flux_b !:
237       REAL(wp), DIMENSION(nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  s_flux_t !:
238#if defined( __nopointer )
239       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  s  !:
240#else
241       REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  s  !:
242#endif
243
244       !$acc kernels present( ddzu, ddzw, fwxm, fwxp, fwym, fwyp, kh )        &
245       !$acc         present( nzb_diff_s_inner, nzb_s_inner, nzb_s_outer, s ) &
246       !$acc         present( s_flux_b, s_flux_t, tend, wall_s_flux )         &
247       !$acc         present( wall_w_x, wall_w_y )
248       DO  i = i_left, i_right
249          DO  j = j_south, j_north
250!
251!--          Compute horizontal diffusion
252             DO  k = 1, nzt
253                IF ( k > nzb_s_outer(j,i) )  THEN
254
255                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
256                                          + 0.5_wp * (                         &
257                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i+1) ) * ( s(k,j,i+1)-s(k,j,i) )  &
258                      - ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i-1) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j,i-1) )  &
259                                                     ) * ddx2                  &
260                                          + 0.5_wp * (                         &
261                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j+1,i) ) * ( s(k,j+1,i)-s(k,j,i) )  &
262                      - ( kh(k,j,i) + kh(k,j-1,i) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j-1,i) )  &
263                                                     ) * ddy2
264                ENDIF
265             ENDDO
266
267!
268!--          Apply prescribed horizontal wall heatflux where necessary
269             DO  k = 1, nzt
270                IF ( k > nzb_s_inner(j,i)  .AND.  k <= nzb_s_outer(j,i)  .AND. &
271                     ( wall_w_x(j,i) /= 0.0_wp  .OR.  wall_w_y(j,i) /= 0.0_wp ) )    &
272                THEN
273                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
274                                                + ( fwxp(j,i) * 0.5_wp *       &
275                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i+1) ) * ( s(k,j,i+1)-s(k,j,i) )  &
276                        + ( 1.0_wp - fwxp(j,i) ) * wall_s_flux(1)              &
277                                                   -fwxm(j,i) * 0.5_wp *       &
278                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i-1) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j,i-1) )  &
279                        + ( 1.0_wp - fwxm(j,i) ) * wall_s_flux(2)              &
280                                                  ) * ddx2                     &
281                                                + ( fwyp(j,i) * 0.5_wp *       &
282                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j+1,i) ) * ( s(k,j+1,i)-s(k,j,i) )  &
283                        + ( 1.0_wp - fwyp(j,i) ) * wall_s_flux(3)              &
284                                                   -fwym(j,i) * 0.5_wp *       &
285                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j-1,i) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j-1,i) )  &
286                        + ( 1.0_wp - fwym(j,i) ) * wall_s_flux(4)              &
287                                                  ) * ddy2
288                ENDIF
289             ENDDO
290
291!
292!--          Compute vertical diffusion. In case that surface fluxes have been
293!--          prescribed or computed at bottom and/or top, index k starts/ends at
294!--          nzb+2 or nzt-1, respectively.
295             DO  k = 1, nzt_diff
296                IF ( k >= nzb_diff_s_inner(j,i) )  THEN
297                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
298                                       + 0.5_wp * (                            &
299            ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) ) * ( s(k+1,j,i)-s(k,j,i) ) * ddzu(k+1)  &
300          - ( kh(k,j,i) + kh(k-1,j,i) ) * ( s(k,j,i)-s(k-1,j,i) ) * ddzu(k)    &
301                                                  ) * ddzw(k)
302                ENDIF
303             ENDDO
304
305!
306!--          Vertical diffusion at the first computational gridpoint along
307!--          z-direction
308             DO  k = 1, nzt
309                IF ( use_surface_fluxes  .AND.  k == nzb_s_inner(j,i)+1 )  THEN
310                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
311                                          + ( 0.5_wp * ( kh(k,j,i)+kh(k+1,j,i) )&
312                                                     * ( s(k+1,j,i)-s(k,j,i) ) &
313                                                     * ddzu(k+1)               &
314                                              + s_flux_b(j,i)                  &
315                                            ) * ddzw(k)
316                ENDIF
317
318!
319!--             Vertical diffusion at the last computational gridpoint along
320!--             z-direction
321                IF ( use_top_fluxes  .AND.  k == nzt )  THEN
322                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
323                                          + ( - s_flux_t(j,i)                  &
324                                              - 0.5_wp * ( kh(k-1,j,i)+kh(k,j,i) )&
325                                                       * ( s(k,j,i)-s(k-1,j,i) )  &
326                                                       * ddzu(k)                  &
327                                            ) * ddzw(k)
328                ENDIF
329             ENDDO
330
331          ENDDO
332       ENDDO
333       !$acc end kernels
334
335    END SUBROUTINE diffusion_s_acc
336
337
338!------------------------------------------------------------------------------!
339! Call for grid point i,j
340!------------------------------------------------------------------------------!
341    SUBROUTINE diffusion_s_ij( i, j, s, s_flux_b, s_flux_t, wall_s_flux )
342
343       USE arrays_3d,                                                          &
344           ONLY:  ddzu, ddzw, kh, tend
345           
346       USE control_parameters,                                                 & 
347           ONLY: use_surface_fluxes, use_top_fluxes
348       
349       USE grid_variables,                                                     &
350           ONLY:  ddx2, ddy2, fwxm, fwxp, fwym, fwyp, wall_w_x, wall_w_y
351       
352       USE indices,                                                            &
353           ONLY:  nxlg, nxrg, nyng, nysg, nzb_diff_s_inner, nzb_s_inner,       &
354                  nzb_s_outer, nzt, nzt_diff
355       
356       USE kinds
357
358       IMPLICIT NONE
359
360       INTEGER(iwp) ::  i                 !:
361       INTEGER(iwp) ::  j                 !:
362       INTEGER(iwp) ::  k                 !:
363       REAL(wp)     ::  wall_s_flux(0:4)  !:
364       REAL(wp), DIMENSION(nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  s_flux_b  !:
365       REAL(wp), DIMENSION(nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  s_flux_t  !:
366#if defined( __nopointer )
367       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  s !:
368#else
369       REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  s  !:
370#endif
371
372!
373!--    Compute horizontal diffusion
374       DO  k = nzb_s_outer(j,i)+1, nzt
375
376          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
377                                          + 0.5_wp * (                         &
378                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i+1) ) * ( s(k,j,i+1)-s(k,j,i) )  &
379                      - ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i-1) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j,i-1) )  &
380                                                     ) * ddx2                  &
381                                          + 0.5_wp * (                         &
382                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j+1,i) ) * ( s(k,j+1,i)-s(k,j,i) )  &
383                      - ( kh(k,j,i) + kh(k,j-1,i) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j-1,i) )  &
384                                                     ) * ddy2
385       ENDDO
386
387!
388!--    Apply prescribed horizontal wall heatflux where necessary
389       IF ( ( wall_w_x(j,i) .NE. 0.0_wp ) .OR. ( wall_w_y(j,i) .NE. 0.0_wp ) )       &
390       THEN
391          DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzb_s_outer(j,i)
392
393             tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                         &
394                                                + ( fwxp(j,i) * 0.5_wp *       &
395                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i+1) ) * ( s(k,j,i+1)-s(k,j,i) )  &
396                        + ( 1.0_wp - fwxp(j,i) ) * wall_s_flux(1)              &
397                                                   -fwxm(j,i) * 0.5_wp *       &
398                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i-1) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j,i-1) )  &
399                        + ( 1.0_wp - fwxm(j,i) ) * wall_s_flux(2)              &
400                                                  ) * ddx2                     &
401                                                + ( fwyp(j,i) * 0.5_wp *       &
402                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j+1,i) ) * ( s(k,j+1,i)-s(k,j,i) )  &
403                        + ( 1.0_wp - fwyp(j,i) ) * wall_s_flux(3)              &
404                                                   -fwym(j,i) * 0.5_wp *       &
405                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j-1,i) ) * ( s(k,j,i)-s(k,j-1,i) )  &
406                        + ( 1.0_wp - fwym(j,i) ) * wall_s_flux(4)              &
407                                                  ) * ddy2
408          ENDDO
409       ENDIF
410
411!
412!--    Compute vertical diffusion. In case that surface fluxes have been
413!--    prescribed or computed at bottom and/or top, index k starts/ends at
414!--    nzb+2 or nzt-1, respectively.
415       DO  k = nzb_diff_s_inner(j,i), nzt_diff
416
417          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
418                                       + 0.5_wp * (                            &
419            ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) ) * ( s(k+1,j,i)-s(k,j,i) ) * ddzu(k+1)  &
420          - ( kh(k,j,i) + kh(k-1,j,i) ) * ( s(k,j,i)-s(k-1,j,i) ) * ddzu(k)    &
421                                                  ) * ddzw(k)
422       ENDDO
423
424!
425!--    Vertical diffusion at the first computational gridpoint along z-direction
426       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
427
428          k = nzb_s_inner(j,i)+1
429
430          tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( 0.5_wp * ( kh(k,j,i)+kh(k+1,j,i) )     &
431                                               * ( s(k+1,j,i)-s(k,j,i) )       &
432                                               * ddzu(k+1)                     &
433                                        + s_flux_b(j,i)                        &
434                                      ) * ddzw(k)
435
436       ENDIF
437
438!
439!--    Vertical diffusion at the last computational gridpoint along z-direction
440       IF ( use_top_fluxes )  THEN
441
442          k = nzt
443
444          tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( - s_flux_t(j,i)                        &
445                                      - 0.5_wp * ( kh(k-1,j,i)+kh(k,j,i) )     &
446                                               * ( s(k,j,i)-s(k-1,j,i) )       &
447                                               * ddzu(k)                       &
448                                      ) * ddzw(k)
449
450       ENDIF
451
452    END SUBROUTINE diffusion_s_ij
453
454 END MODULE diffusion_s_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.