source: palm/trunk/SOURCE/diffusion_u.f90 @ 1418

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  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1 MODULE diffusion_u_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_u.f90 1341 2014-03-25 19:48:09Z fricke $
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, declare create moved after
41! the FORTRAN declaration statement
42!
43! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
44! loop index bounds in accelerator version replaced by i_left, i_right, j_south,
45! j_north
46!
47! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
48! code put under GPL (PALM 3.9)
49!
50! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
51! accelerator version (*_acc) added
52!
53! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
54! arrays comunicated by module instead of parameter list
55!
56! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
57! outflow damping layer removed
58! kmym_x/_y and kmyp_x/_y change to kmym and kmyp
59!
60! Revision 1.1  1997/09/12 06:23:51  raasch
61! Initial revision
62!
63!
64! Description:
65! ------------
66! Diffusion term of the u-component
67! To do: additional damping (needed for non-cyclic bc) causes bad vectorization
68!        and slows down the speed on NEC about 5-10%
69!------------------------------------------------------------------------------!
70
71    USE wall_fluxes_mod
72
73    PRIVATE
74    PUBLIC diffusion_u, diffusion_u_acc
75
76    INTERFACE diffusion_u
77       MODULE PROCEDURE diffusion_u
78       MODULE PROCEDURE diffusion_u_ij
79    END INTERFACE diffusion_u
80
81    INTERFACE diffusion_u_acc
82       MODULE PROCEDURE diffusion_u_acc
83    END INTERFACE diffusion_u_acc
84
85 CONTAINS
86
87
88!------------------------------------------------------------------------------!
89! Call for all grid points
90!------------------------------------------------------------------------------!
91    SUBROUTINE diffusion_u
92
93       USE arrays_3d,                                                          &
94           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, usws, uswst, v, w
95       
96       USE control_parameters,                                                 &
97           ONLY:  constant_top_momentumflux, topography, use_surface_fluxes,   &
98                  use_top_fluxes
99       
100       USE grid_variables,                                                     &
101           ONLY:  ddx, ddx2, ddy, fym, fyp, wall_u
102       
103       USE indices,                                                            &
104           ONLY:  nxl, nxlu, nxr, nyn, nys, nzb, nzb_diff_u, nzb_u_inner,      &
105                  nzb_u_outer, nzt, nzt_diff
106       
107       USE kinds
108
109       IMPLICIT NONE
110
111       INTEGER(iwp) ::  i     !:
112       INTEGER(iwp) ::  j     !:
113       INTEGER(iwp) ::  k     !:
114       REAL(wp)     ::  kmym  !:
115       REAL(wp)     ::  kmyp  !:
116       REAL(wp)     ::  kmzm  !:
117       REAL(wp)     ::  kmzp  !:
118
119       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  usvs  !:
120
121!
122!--    First calculate horizontal momentum flux u'v' at vertical walls,
123!--    if neccessary
124       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
125          CALL wall_fluxes( usvs, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, nzb_u_inner, &
126                            nzb_u_outer, wall_u )
127       ENDIF
128
129       DO  i = nxlu, nxr
130          DO  j = nys, nyn
131!
132!--          Compute horizontal diffusion
133             DO  k = nzb_u_outer(j,i)+1, nzt
134!
135!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
136                kmyp = 0.25_wp *                                               &
137                       ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
138                kmym = 0.25_wp *                                               &
139                       ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
140
141                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
142                      & + 2.0_wp * (                                           &
143                      &           km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i)   )    &
144                      &         - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i)   - u(k,j,i-1) )    &
145                      &            ) * ddx2                                    &
146                      & + ( kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy         &
147                      &   + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx         &
148                      &   - kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy             &
149                      &   - kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx             &
150                      &   ) * ddy
151             ENDDO
152
153!
154!--          Wall functions at the north and south walls, respectively
155             IF ( wall_u(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
156
157                DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzb_u_outer(j,i)
158                   kmyp = 0.25_wp *                                            &
159                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
160                   kmym = 0.25_wp *                                            &
161                          ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
162
163                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
164                                 + 2.0_wp * (                                  &
165                                       km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) &
166                                     - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i) - u(k,j,i-1) ) &
167                                            ) * ddx2                           &
168                                 + (   fyp(j,i) * (                            &
169                                  kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy   &
170                                + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx   &
171                                                  )                            &
172                                     - fym(j,i) * (                            &
173                                  kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
174                                + kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
175                                                  )                            &
176                                     + wall_u(j,i) * usvs(k,j,i)               &
177                                   ) * ddy
178                ENDDO
179             ENDIF
180
181!
182!--          Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl layer,
183!--          index k starts at nzb_u_inner+2.
184             DO  k = nzb_diff_u(j,i), nzt_diff
185!
186!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
187                kmzp = 0.25_wp *                                               &
188                       ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
189                kmzm = 0.25_wp *                                               &
190                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
191
192                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
193                      & + ( kmzp * ( ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)   &
194                      &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx         &
195                      &            )                                           &
196                      &   - kmzm * ( ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
197                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx       &
198                      &            )                                           &
199                      &   ) * ddzw(k)
200             ENDDO
201
202!
203!--          Vertical diffusion at the first grid point above the surface,
204!--          if the momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law or
205!--          if it is prescribed by the user.
206!--          Difference quotient of the momentum flux is not formed over half
207!--          of the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the comparison
208!--          with other (LES) models showed that the values of the momentum
209!--          flux becomes too large in this case.
210!--          The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
211!--          because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
212             IF ( use_surface_fluxes )  THEN
213                k = nzb_u_inner(j,i)+1
214!
215!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
216                kmzp = 0.25_wp *                                               &
217                      ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
218                kmzm = 0.25_wp *                                               &
219                      ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
220
221                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
222                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1)   ) * ddx         &
223                      &   ) * ddzw(k)                                          &
224                      & + ( kmzp * ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
225                      &   + usws(j,i)                                          &
226                      &   ) * ddzw(k)
227             ENDIF
228
229!
230!--          Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
231!--          if the momentum flux at the top is prescribed by the user
232             IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
233                k = nzt
234!
235!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
236                kmzp = 0.25_wp *                                               &
237                       ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
238                kmzm = 0.25_wp *                                               &
239                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
240
241                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
242                      & - ( kmzm * ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx         &
243                      &   ) * ddzw(k)                                          &
244                      & + ( -uswst(j,i)                                        &
245                      &   - kmzm * ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)     &
246                      &   ) * ddzw(k)
247             ENDIF
248
249          ENDDO
250       ENDDO
251
252    END SUBROUTINE diffusion_u
253
254
255!------------------------------------------------------------------------------!
256! Call for all grid points - accelerator version
257!------------------------------------------------------------------------------!
258    SUBROUTINE diffusion_u_acc
259
260       USE arrays_3d,                                                          &
261           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, usws, uswst, v, w
262       
263       USE control_parameters,                                                 &
264           ONLY:  constant_top_momentumflux, topography, use_surface_fluxes,   &
265                  use_top_fluxes
266       
267       USE grid_variables,                                                     &
268           ONLY:  ddx, ddx2, ddy, fym, fyp, wall_u
269       
270       USE indices,                                                            &
271           ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nxl, nxr, nyn, nys, nzb,  &
272                  nzb_diff_u, nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzt, nzt_diff
273       
274       USE kinds
275
276       IMPLICIT NONE
277
278       INTEGER(iwp) ::  i     !:
279       INTEGER(iwp) ::  j     !:
280       INTEGER(iwp) ::  k     !:
281       REAL(wp)     ::  kmym  !:
282       REAL(wp)     ::  kmyp  !:
283       REAL(wp)     ::  kmzm  !:
284       REAL(wp)     ::  kmzp  !:
285
286       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  usvs  !:
287       !$acc declare create ( usvs )
288
289!
290!--    First calculate horizontal momentum flux u'v' at vertical walls,
291!--    if neccessary
292       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
293          CALL wall_fluxes_acc( usvs, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,          &
294                                nzb_u_inner, nzb_u_outer, wall_u )
295       ENDIF
296
297       !$acc kernels present ( u, v, w, km, tend, usws, uswst )                &
298       !$acc         present ( ddzu, ddzw, fym, fyp, wall_u )                  &
299       !$acc         present ( nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzb_diff_u )
300       DO  i = i_left, i_right
301          DO  j = j_south, j_north
302!
303!--          Compute horizontal diffusion
304             DO  k = 1, nzt
305                IF ( k > nzb_u_outer(j,i) )  THEN
306!
307!--                Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
308                   kmyp = 0.25_wp *                                            &
309                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
310                   kmym = 0.25_wp *                                            &
311                          ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
312
313                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
314                         & + 2.0_wp * (                                        &
315                         &           km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i)   ) &
316                         &         - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i)   - u(k,j,i-1) ) &
317                         &            ) * ddx2                                 &
318                         & + ( kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy      &
319                         &   + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx      &
320                         &   - kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy          &
321                         &   - kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx          &
322                         &   ) * ddy
323                ENDIF
324             ENDDO
325
326!
327!--          Wall functions at the north and south walls, respectively
328             DO  k = 1, nzt
329                IF( k > nzb_u_inner(j,i)  .AND.  k <= nzb_u_outer(j,i)  .AND.  &
330                    wall_u(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
331
332                   kmyp = 0.25_wp *                                            &
333                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
334                   kmym = 0.25_wp *                                            &
335                          ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
336
337                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
338                                 + 2.0_wp * (                                  &
339                                       km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) &
340                                     - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i) - u(k,j,i-1) ) &
341                                            ) * ddx2                           &
342                                 + (   fyp(j,i) * (                            &
343                                  kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy   &
344                                + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx   &
345                                                  )                            &
346                                     - fym(j,i) * (                            &
347                                  kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
348                                + kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
349                                                  )                            &
350                                     + wall_u(j,i) * usvs(k,j,i)               &
351                                   ) * ddy
352                ENDIF
353             ENDDO
354
355!
356!--          Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl layer,
357!--          index k starts at nzb_u_inner+2.
358             DO  k = 1, nzt_diff
359                IF ( k >= nzb_diff_u(j,i) )  THEN
360!
361!--                Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
362                   kmzp = 0.25_wp *                                            &
363                          ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
364                   kmzm = 0.25_wp *                                            &
365                          ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
366
367                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
368                         & + ( kmzp * ( ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)&
369                         &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx      &
370                         &            )                                        &
371                         &   - kmzm * ( ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)&
372                         &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx    &
373                         &            )                                        &
374                         &   ) * ddzw(k)
375                ENDIF
376             ENDDO
377
378          ENDDO
379       ENDDO
380
381!
382!--    Vertical diffusion at the first grid point above the surface,
383!--    if the momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law or
384!--    if it is prescribed by the user.
385!--    Difference quotient of the momentum flux is not formed over half
386!--    of the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the comparison
387!--    with other (LES) models showed that the values of the momentum
388!--    flux becomes too large in this case.
389!--    The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
390!--    because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
391       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
392
393          DO  i = i_left, i_right
394             DO  j = j_south, j_north
395         
396                k = nzb_u_inner(j,i)+1
397!
398!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
399                kmzp = 0.25_wp *                                               &
400                      ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
401                kmzm = 0.25_wp *                                               &
402                      ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
403
404                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
405                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1)   ) * ddx         &
406                      &   ) * ddzw(k)                                          &
407                      & + ( kmzp * ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
408                      &   + usws(j,i)                                          &
409                      &   ) * ddzw(k)
410             ENDDO
411          ENDDO
412
413       ENDIF
414
415!
416!--    Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
417!--    if the momentum flux at the top is prescribed by the user
418       IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
419
420          k = nzt
421
422          DO  i = i_left, i_right
423             DO  j = j_south, j_north
424
425!
426!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
427                kmzp = 0.25_wp *                                               &
428                       ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
429                kmzm = 0.25_wp *                                               &
430                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
431
432                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
433                      & - ( kmzm * ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx         &
434                      &   ) * ddzw(k)                                          &
435                      & + ( -uswst(j,i)                                        &
436                      &   - kmzm * ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)     &
437                      &   ) * ddzw(k)
438             ENDDO
439          ENDDO
440
441       ENDIF
442       !$acc end kernels
443
444    END SUBROUTINE diffusion_u_acc
445
446
447!------------------------------------------------------------------------------!
448! Call for grid point i,j
449!------------------------------------------------------------------------------!
450    SUBROUTINE diffusion_u_ij( i, j )
451
452       USE arrays_3d,                                                          &
453           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, usws, uswst, v, w
454       
455       USE control_parameters,                                                 &
456           ONLY:  constant_top_momentumflux, use_surface_fluxes, use_top_fluxes
457       
458       USE grid_variables,                                                     &
459           ONLY:  ddx, ddx2, ddy, fym, fyp, wall_u
460       
461       USE indices,                                                            &
462           ONLY:  nzb, nzb_diff_u, nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzt, nzt_diff
463       
464       USE kinds
465
466       IMPLICIT NONE
467
468       INTEGER(iwp) ::  i     !:
469       INTEGER(iwp) ::  j     !:
470       INTEGER(iwp) ::  k     !:
471       REAL(wp)     ::  kmym  !:
472       REAL(wp)     ::  kmyp  !:
473       REAL(wp)     ::  kmzm  !:
474       REAL(wp)     ::  kmzp  !:
475
476       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) ::  usvs  !:
477
478!
479!--    Compute horizontal diffusion
480       DO  k = nzb_u_outer(j,i)+1, nzt
481!
482!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
483          kmyp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
484          kmym = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
485
486          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
487                      & + 2.0_wp * (                                           &
488                      &           km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i)   )    &
489                      &         - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i)   - u(k,j,i-1) )    &
490                      &            ) * ddx2                                    &
491                      & + ( kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy         &
492                      &   + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx         &
493                      &   - kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy             &
494                      &   - kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx             &
495                      &   ) * ddy
496       ENDDO
497
498!
499!--    Wall functions at the north and south walls, respectively
500       IF ( wall_u(j,i) .NE. 0.0_wp )  THEN
501
502!
503!--       Calculate the horizontal momentum flux u'v'
504          CALL wall_fluxes( i, j, nzb_u_inner(j,i)+1, nzb_u_outer(j,i),        &
505                            usvs, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
506
507          DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzb_u_outer(j,i)
508             kmyp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
509             kmym = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
510
511             tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                         &
512                                 + 2.0_wp * (                                  &
513                                       km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) &
514                                     - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i) - u(k,j,i-1) ) &
515                                            ) * ddx2                           &
516                                 + (   fyp(j,i) * (                            &
517                                  kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy   &
518                                + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx   &
519                                                  )                            &
520                                     - fym(j,i) * (                            &
521                                  kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
522                                + kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
523                                                  )                            &
524                                     + wall_u(j,i) * usvs(k)                   &
525                                   ) * ddy
526          ENDDO
527       ENDIF
528
529!
530!--    Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl layer,
531!--    index k starts at nzb_u_inner+2.
532       DO  k = nzb_diff_u(j,i), nzt_diff
533!
534!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
535          kmzp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
536          kmzm = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
537
538          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
539                      & + ( kmzp * ( ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)   &
540                      &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx         &
541                      &            )                                           &
542                      &   - kmzm * ( ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
543                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx       &
544                      &            )                                           &
545                      &   ) * ddzw(k)
546       ENDDO
547
548!
549!--    Vertical diffusion at the first grid point above the surface, if the
550!--    momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law or if it is
551!--    prescribed by the user.
552!--    Difference quotient of the momentum flux is not formed over half of
553!--    the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the comparison with
554!--    other (LES) models showed that the values of the momentum flux becomes
555!--    too large in this case.
556!--    The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
557!--    because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
558       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
559          k = nzb_u_inner(j,i)+1
560!
561!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
562          kmzp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
563          kmzm = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
564
565          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
566                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1)   ) * ddx         &
567                      &   ) * ddzw(k)                                          &
568                      & + ( kmzp * ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
569                      &   + usws(j,i)                                          &
570                      &   ) * ddzw(k)
571       ENDIF
572
573!
574!--    Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
575!--    if the momentum flux at the top is prescribed by the user
576       IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
577          k = nzt
578!
579!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
580          kmzp = 0.25_wp *                                                     &
581                 ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
582          kmzm = 0.25_wp *                                                     &
583                 ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
584
585          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
586                      & - ( kmzm * ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx         &
587                      &   ) * ddzw(k)                                          &
588                      & + ( -uswst(j,i)                                        &
589                      &   - kmzm * ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)     &
590                      &   ) * ddzw(k)
591       ENDIF
592
593    END SUBROUTINE diffusion_u_ij
594
595 END MODULE diffusion_u_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.