source: palm/trunk/SOURCE/diffusion_u.f90 @ 1740

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unnecessary calculations of kmzm and kmzp removed from wall bounded parts

  • Property svn:keywords set to Id
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1!> @file diffusion_u.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
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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!
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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!
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14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2015 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! -----------------
21! unnecessary calculations of kmzm and kmzp in wall bounded parts removed
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: diffusion_u.f90 1740 2016-01-13 08:19:40Z raasch $
26!
27! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
28! Formatting corrections.
29!
30! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
31! Code annotations made doxygen readable
32!
33! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
34! REAL constants defined as wp-kind
35!
36! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
37! ONLY-attribute added to USE-statements,
38! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
39! kinds are defined in new module kinds,
40! revision history before 2012 removed,
41! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
42! all variable declaration statements
43!
44! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
45! openacc loop and loop vector clauses removed, declare create moved after
46! the FORTRAN declaration statement
47!
48! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
49! loop index bounds in accelerator version replaced by i_left, i_right, j_south,
50! j_north
51!
52! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
53! code put under GPL (PALM 3.9)
54!
55! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
56! accelerator version (*_acc) added
57!
58! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
59! arrays comunicated by module instead of parameter list
60!
61! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
62! outflow damping layer removed
63! kmym_x/_y and kmyp_x/_y change to kmym and kmyp
64!
65! Revision 1.1  1997/09/12 06:23:51  raasch
66! Initial revision
67!
68!
69! Description:
70! ------------
71!> Diffusion term of the u-component
72!> @todo additional damping (needed for non-cyclic bc) causes bad vectorization
73!>       and slows down the speed on NEC about 5-10%
74!------------------------------------------------------------------------------!
75 MODULE diffusion_u_mod
76 
77
78    USE wall_fluxes_mod
79
80    PRIVATE
81    PUBLIC diffusion_u, diffusion_u_acc
82
83    INTERFACE diffusion_u
84       MODULE PROCEDURE diffusion_u
85       MODULE PROCEDURE diffusion_u_ij
86    END INTERFACE diffusion_u
87
88    INTERFACE diffusion_u_acc
89       MODULE PROCEDURE diffusion_u_acc
90    END INTERFACE diffusion_u_acc
91
92 CONTAINS
93
94
95!------------------------------------------------------------------------------!
96! Description:
97! ------------
98!> Call for all grid points
99!------------------------------------------------------------------------------!
100    SUBROUTINE diffusion_u
101
102       USE arrays_3d,                                                          &
103           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, usws, uswst, v, w
104       
105       USE control_parameters,                                                 &
106           ONLY:  constant_top_momentumflux, topography, use_surface_fluxes,   &
107                  use_top_fluxes
108       
109       USE grid_variables,                                                     &
110           ONLY:  ddx, ddx2, ddy, fym, fyp, wall_u
111       
112       USE indices,                                                            &
113           ONLY:  nxl, nxlu, nxr, nyn, nys, nzb, nzb_diff_u, nzb_u_inner,      &
114                  nzb_u_outer, nzt, nzt_diff
115       
116       USE kinds
117
118       IMPLICIT NONE
119
120       INTEGER(iwp) ::  i     !<
121       INTEGER(iwp) ::  j     !<
122       INTEGER(iwp) ::  k     !<
123       REAL(wp)     ::  kmym  !<
124       REAL(wp)     ::  kmyp  !<
125       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
126       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
127
128       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  usvs  !<
129
130!
131!--    First calculate horizontal momentum flux u'v' at vertical walls,
132!--    if neccessary
133       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
134          CALL wall_fluxes( usvs, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, nzb_u_inner, &
135                            nzb_u_outer, wall_u )
136       ENDIF
137
138       DO  i = nxlu, nxr
139          DO  j = nys, nyn
140!
141!--          Compute horizontal diffusion
142             DO  k = nzb_u_outer(j,i)+1, nzt
143!
144!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
145                kmyp = 0.25_wp *                                               &
146                       ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
147                kmym = 0.25_wp *                                               &
148                       ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
149
150                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
151                      & + 2.0_wp * (                                           &
152                      &           km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i)   )    &
153                      &         - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i)   - u(k,j,i-1) )    &
154                      &            ) * ddx2                                    &
155                      & + ( kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy         &
156                      &   + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx         &
157                      &   - kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy             &
158                      &   - kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx             &
159                      &   ) * ddy
160             ENDDO
161
162!
163!--          Wall functions at the north and south walls, respectively
164             IF ( wall_u(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
165
166                DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzb_u_outer(j,i)
167                   kmyp = 0.25_wp *                                            &
168                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
169                   kmym = 0.25_wp *                                            &
170                          ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
171
172                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
173                                 + 2.0_wp * (                                  &
174                                       km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) &
175                                     - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i) - u(k,j,i-1) ) &
176                                            ) * ddx2                           &
177                                 + (   fyp(j,i) * (                            &
178                                  kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy   &
179                                + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx   &
180                                                  )                            &
181                                     - fym(j,i) * (                            &
182                                  kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
183                                + kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
184                                                  )                            &
185                                     + wall_u(j,i) * usvs(k,j,i)               &
186                                   ) * ddy
187                ENDDO
188             ENDIF
189
190!
191!--          Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl layer,
192!--          index k starts at nzb_u_inner+2.
193             DO  k = nzb_diff_u(j,i), nzt_diff
194!
195!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
196                kmzp = 0.25_wp *                                               &
197                       ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
198                kmzm = 0.25_wp *                                               &
199                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
200
201                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
202                      & + ( kmzp * ( ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)   &
203                      &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx         &
204                      &            )                                           &
205                      &   - kmzm * ( ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
206                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx       &
207                      &            )                                           &
208                      &   ) * ddzw(k)
209             ENDDO
210
211!
212!--          Vertical diffusion at the first grid point above the surface,
213!--          if the momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law or
214!--          if it is prescribed by the user.
215!--          Difference quotient of the momentum flux is not formed over half
216!--          of the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the comparison
217!--          with other (LES) models showed that the values of the momentum
218!--          flux becomes too large in this case.
219!--          The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
220!--          because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
221             IF ( use_surface_fluxes )  THEN
222                k = nzb_u_inner(j,i)+1
223!
224!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
225                kmzp = 0.25_wp *                                               &
226                      ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
227
228                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
229                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1)   ) * ddx         &
230                      &   ) * ddzw(k)                                          &
231                      & + ( kmzp * ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
232                      &   + usws(j,i)                                          &
233                      &   ) * ddzw(k)
234             ENDIF
235
236!
237!--          Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
238!--          if the momentum flux at the top is prescribed by the user
239             IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
240                k = nzt
241!
242!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
243                kmzm = 0.25_wp *                                               &
244                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
245
246                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
247                      & - ( kmzm * ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx         &
248                      &   ) * ddzw(k)                                          &
249                      & + ( -uswst(j,i)                                        &
250                      &   - kmzm * ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)     &
251                      &   ) * ddzw(k)
252             ENDIF
253
254          ENDDO
255       ENDDO
256
257    END SUBROUTINE diffusion_u
258
259
260!------------------------------------------------------------------------------!
261! Description:
262! ------------
263!> Call for all grid points - accelerator version
264!------------------------------------------------------------------------------!
265    SUBROUTINE diffusion_u_acc
266
267       USE arrays_3d,                                                          &
268           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, usws, uswst, v, w
269       
270       USE control_parameters,                                                 &
271           ONLY:  constant_top_momentumflux, topography, use_surface_fluxes,   &
272                  use_top_fluxes
273       
274       USE grid_variables,                                                     &
275           ONLY:  ddx, ddx2, ddy, fym, fyp, wall_u
276       
277       USE indices,                                                            &
278           ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nxl, nxr, nyn, nys, nzb,  &
279                  nzb_diff_u, nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzt, nzt_diff
280       
281       USE kinds
282
283       IMPLICIT NONE
284
285       INTEGER(iwp) ::  i     !<
286       INTEGER(iwp) ::  j     !<
287       INTEGER(iwp) ::  k     !<
288       REAL(wp)     ::  kmym  !<
289       REAL(wp)     ::  kmyp  !<
290       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
291       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
292
293       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  usvs  !<
294       !$acc declare create ( usvs )
295
296!
297!--    First calculate horizontal momentum flux u'v' at vertical walls,
298!--    if neccessary
299       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
300          CALL wall_fluxes_acc( usvs, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,          &
301                                nzb_u_inner, nzb_u_outer, wall_u )
302       ENDIF
303
304       !$acc kernels present ( u, v, w, km, tend, usws, uswst )                &
305       !$acc         present ( ddzu, ddzw, fym, fyp, wall_u )                  &
306       !$acc         present ( nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzb_diff_u )
307       DO  i = i_left, i_right
308          DO  j = j_south, j_north
309!
310!--          Compute horizontal diffusion
311             DO  k = 1, nzt
312                IF ( k > nzb_u_outer(j,i) )  THEN
313!
314!--                Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
315                   kmyp = 0.25_wp *                                            &
316                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
317                   kmym = 0.25_wp *                                            &
318                          ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
319
320                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
321                         & + 2.0_wp * (                                        &
322                         &           km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i)   ) &
323                         &         - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i)   - u(k,j,i-1) ) &
324                         &            ) * ddx2                                 &
325                         & + ( kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy      &
326                         &   + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx      &
327                         &   - kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy          &
328                         &   - kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx          &
329                         &   ) * ddy
330                ENDIF
331             ENDDO
332
333!
334!--          Wall functions at the north and south walls, respectively
335             DO  k = 1, nzt
336                IF( k > nzb_u_inner(j,i)  .AND.  k <= nzb_u_outer(j,i)  .AND.  &
337                    wall_u(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
338
339                   kmyp = 0.25_wp *                                            &
340                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
341                   kmym = 0.25_wp *                                            &
342                          ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
343
344                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
345                                 + 2.0_wp * (                                  &
346                                       km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) &
347                                     - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i) - u(k,j,i-1) ) &
348                                            ) * ddx2                           &
349                                 + (   fyp(j,i) * (                            &
350                                  kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy   &
351                                + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx   &
352                                                  )                            &
353                                     - fym(j,i) * (                            &
354                                  kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
355                                + kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
356                                                  )                            &
357                                     + wall_u(j,i) * usvs(k,j,i)               &
358                                   ) * ddy
359                ENDIF
360             ENDDO
361
362!
363!--          Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl layer,
364!--          index k starts at nzb_u_inner+2.
365             DO  k = 1, nzt_diff
366                IF ( k >= nzb_diff_u(j,i) )  THEN
367!
368!--                Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
369                   kmzp = 0.25_wp *                                            &
370                          ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
371                   kmzm = 0.25_wp *                                            &
372                          ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
373
374                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
375                         & + ( kmzp * ( ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)&
376                         &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx      &
377                         &            )                                        &
378                         &   - kmzm * ( ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)&
379                         &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx    &
380                         &            )                                        &
381                         &   ) * ddzw(k)
382                ENDIF
383             ENDDO
384
385          ENDDO
386       ENDDO
387
388!
389!--    Vertical diffusion at the first grid point above the surface,
390!--    if the momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law or
391!--    if it is prescribed by the user.
392!--    Difference quotient of the momentum flux is not formed over half
393!--    of the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the comparison
394!--    with other (LES) models showed that the values of the momentum
395!--    flux becomes too large in this case.
396!--    The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
397!--    because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
398       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
399
400          DO  i = i_left, i_right
401             DO  j = j_south, j_north
402         
403                k = nzb_u_inner(j,i)+1
404!
405!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
406                kmzp = 0.25_wp *                                               &
407                      ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
408
409                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
410                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1)   ) * ddx         &
411                      &   ) * ddzw(k)                                          &
412                      & + ( kmzp * ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
413                      &   + usws(j,i)                                          &
414                      &   ) * ddzw(k)
415             ENDDO
416          ENDDO
417
418       ENDIF
419
420!
421!--    Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
422!--    if the momentum flux at the top is prescribed by the user
423       IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
424
425          k = nzt
426
427          DO  i = i_left, i_right
428             DO  j = j_south, j_north
429
430!
431!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
432                kmzm = 0.25_wp *                                               &
433                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
434
435                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
436                      & - ( kmzm * ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx         &
437                      &   ) * ddzw(k)                                          &
438                      & + ( -uswst(j,i)                                        &
439                      &   - kmzm * ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)     &
440                      &   ) * ddzw(k)
441             ENDDO
442          ENDDO
443
444       ENDIF
445       !$acc end kernels
446
447    END SUBROUTINE diffusion_u_acc
448
449
450!------------------------------------------------------------------------------!
451! Description:
452! ------------
453!> Call for grid point i,j
454!------------------------------------------------------------------------------!
455    SUBROUTINE diffusion_u_ij( i, j )
456
457       USE arrays_3d,                                                          &
458           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, usws, uswst, v, w
459       
460       USE control_parameters,                                                 &
461           ONLY:  constant_top_momentumflux, use_surface_fluxes, use_top_fluxes
462       
463       USE grid_variables,                                                     &
464           ONLY:  ddx, ddx2, ddy, fym, fyp, wall_u
465       
466       USE indices,                                                            &
467           ONLY:  nzb, nzb_diff_u, nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzt, nzt_diff
468       
469       USE kinds
470
471       IMPLICIT NONE
472
473       INTEGER(iwp) ::  i     !<
474       INTEGER(iwp) ::  j     !<
475       INTEGER(iwp) ::  k     !<
476       REAL(wp)     ::  kmym  !<
477       REAL(wp)     ::  kmyp  !<
478       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
479       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
480
481       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) ::  usvs  !<
482
483!
484!--    Compute horizontal diffusion
485       DO  k = nzb_u_outer(j,i)+1, nzt
486!
487!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
488          kmyp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
489          kmym = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
490
491          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
492                      & + 2.0_wp * (                                           &
493                      &           km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i)   )    &
494                      &         - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i)   - u(k,j,i-1) )    &
495                      &            ) * ddx2                                    &
496                      & + ( kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy         &
497                      &   + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx         &
498                      &   - kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy             &
499                      &   - kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx             &
500                      &   ) * ddy
501       ENDDO
502
503!
504!--    Wall functions at the north and south walls, respectively
505       IF ( wall_u(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
506
507!
508!--       Calculate the horizontal momentum flux u'v'
509          CALL wall_fluxes( i, j, nzb_u_inner(j,i)+1, nzb_u_outer(j,i),        &
510                            usvs, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
511
512          DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzb_u_outer(j,i)
513             kmyp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
514             kmym = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
515
516             tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                         &
517                                 + 2.0_wp * (                                  &
518                                       km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) &
519                                     - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i) - u(k,j,i-1) ) &
520                                            ) * ddx2                           &
521                                 + (   fyp(j,i) * (                            &
522                                  kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy   &
523                                + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx   &
524                                                  )                            &
525                                     - fym(j,i) * (                            &
526                                  kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
527                                + kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
528                                                  )                            &
529                                     + wall_u(j,i) * usvs(k)                   &
530                                   ) * ddy
531          ENDDO
532       ENDIF
533
534!
535!--    Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl layer,
536!--    index k starts at nzb_u_inner+2.
537       DO  k = nzb_diff_u(j,i), nzt_diff
538!
539!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
540          kmzp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
541          kmzm = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
542
543          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
544                      & + ( kmzp * ( ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)   &
545                      &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx         &
546                      &            )                                           &
547                      &   - kmzm * ( ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
548                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx       &
549                      &            )                                           &
550                      &   ) * ddzw(k)
551       ENDDO
552
553!
554!--    Vertical diffusion at the first grid point above the surface, if the
555!--    momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law or if it is
556!--    prescribed by the user.
557!--    Difference quotient of the momentum flux is not formed over half of
558!--    the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the comparison with
559!--    other (LES) models showed that the values of the momentum flux becomes
560!--    too large in this case.
561!--    The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
562!--    because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
563       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
564          k = nzb_u_inner(j,i)+1
565!
566!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
567          kmzp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
568
569          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
570                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1)   ) * ddx         &
571                      &   ) * ddzw(k)                                          &
572                      & + ( kmzp * ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
573                      &   + usws(j,i)                                          &
574                      &   ) * ddzw(k)
575       ENDIF
576
577!
578!--    Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
579!--    if the momentum flux at the top is prescribed by the user
580       IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
581          k = nzt
582!
583!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
584          kmzm = 0.25_wp *                                                     &
585                 ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
586
587          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
588                      & - ( kmzm * ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx         &
589                      &   ) * ddzw(k)                                          &
590                      & + ( -uswst(j,i)                                        &
591                      &   - kmzm * ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)     &
592                      &   ) * ddzw(k)
593       ENDIF
594
595    END SUBROUTINE diffusion_u_ij
596
597 END MODULE diffusion_u_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.