source: palm/trunk/SOURCE/diffusion_u.f90 @ 2001

Last change on this file since 2001 was 2001, checked in by knoop, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 27.0 KB
Line 
1!> @file diffusion_u.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! 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 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: diffusion_u.f90 2001 2016-08-20 18:41:22Z knoop $
27!
28! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
29! Forced header and separation lines into 80 columns
30!
31! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
32! Module renamed (removed _mod)
33!
34!
35! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
36! Module renamed
37!
38!
39! 1740 2016-01-13 08:19:40Z raasch
40! unnecessary calculations of kmzm and kmzp in wall bounded parts removed
41!
42! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
43! Formatting corrections.
44!
45! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
46! Code annotations made doxygen readable
47!
48! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
49! REAL constants defined as wp-kind
50!
51! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
52! ONLY-attribute added to USE-statements,
53! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
54! kinds are defined in new module kinds,
55! revision history before 2012 removed,
56! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
57! all variable declaration statements
58!
59! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
60! openacc loop and loop vector clauses removed, declare create moved after
61! the FORTRAN declaration statement
62!
63! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
64! loop index bounds in accelerator version replaced by i_left, i_right, j_south,
65! j_north
66!
67! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
68! code put under GPL (PALM 3.9)
69!
70! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
71! accelerator version (*_acc) added
72!
73! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
74! arrays comunicated by module instead of parameter list
75!
76! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
77! outflow damping layer removed
78! kmym_x/_y and kmyp_x/_y change to kmym and kmyp
79!
80! Revision 1.1  1997/09/12 06:23:51  raasch
81! Initial revision
82!
83!
84! Description:
85! ------------
86!> Diffusion term of the u-component
87!> @todo additional damping (needed for non-cyclic bc) causes bad vectorization
88!>       and slows down the speed on NEC about 5-10%
89!------------------------------------------------------------------------------!
90 MODULE diffusion_u_mod
91 
92
93    USE wall_fluxes_mod
94
95    PRIVATE
96    PUBLIC diffusion_u, diffusion_u_acc
97
98    INTERFACE diffusion_u
99       MODULE PROCEDURE diffusion_u
100       MODULE PROCEDURE diffusion_u_ij
101    END INTERFACE diffusion_u
102
103    INTERFACE diffusion_u_acc
104       MODULE PROCEDURE diffusion_u_acc
105    END INTERFACE diffusion_u_acc
106
107 CONTAINS
108
109
110!------------------------------------------------------------------------------!
111! Description:
112! ------------
113!> Call for all grid points
114!------------------------------------------------------------------------------!
115    SUBROUTINE diffusion_u
116
117       USE arrays_3d,                                                          &
118           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, usws, uswst, v, w
119       
120       USE control_parameters,                                                 &
121           ONLY:  constant_top_momentumflux, topography, use_surface_fluxes,   &
122                  use_top_fluxes
123       
124       USE grid_variables,                                                     &
125           ONLY:  ddx, ddx2, ddy, fym, fyp, wall_u
126       
127       USE indices,                                                            &
128           ONLY:  nxl, nxlu, nxr, nyn, nys, nzb, nzb_diff_u, nzb_u_inner,      &
129                  nzb_u_outer, nzt, nzt_diff
130       
131       USE kinds
132
133       IMPLICIT NONE
134
135       INTEGER(iwp) ::  i     !<
136       INTEGER(iwp) ::  j     !<
137       INTEGER(iwp) ::  k     !<
138       REAL(wp)     ::  kmym  !<
139       REAL(wp)     ::  kmyp  !<
140       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
141       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
142
143       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  usvs  !<
144
145!
146!--    First calculate horizontal momentum flux u'v' at vertical walls,
147!--    if neccessary
148       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
149          CALL wall_fluxes( usvs, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, nzb_u_inner, &
150                            nzb_u_outer, wall_u )
151       ENDIF
152
153       DO  i = nxlu, nxr
154          DO  j = nys, nyn
155!
156!--          Compute horizontal diffusion
157             DO  k = nzb_u_outer(j,i)+1, nzt
158!
159!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
160                kmyp = 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                kmym = 0.25_wp *                                               &
163                       ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
164
165                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
166                      & + 2.0_wp * (                                           &
167                      &           km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i)   )    &
168                      &         - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i)   - u(k,j,i-1) )    &
169                      &            ) * ddx2                                    &
170                      & + ( kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy         &
171                      &   + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx         &
172                      &   - kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy             &
173                      &   - kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx             &
174                      &   ) * ddy
175             ENDDO
176
177!
178!--          Wall functions at the north and south walls, respectively
179             IF ( wall_u(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
180
181                DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzb_u_outer(j,i)
182                   kmyp = 0.25_wp *                                            &
183                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
184                   kmym = 0.25_wp *                                            &
185                          ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
186
187                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
188                                 + 2.0_wp * (                                  &
189                                       km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) &
190                                     - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i) - u(k,j,i-1) ) &
191                                            ) * ddx2                           &
192                                 + (   fyp(j,i) * (                            &
193                                  kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy   &
194                                + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx   &
195                                                  )                            &
196                                     - fym(j,i) * (                            &
197                                  kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
198                                + kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
199                                                  )                            &
200                                     + wall_u(j,i) * usvs(k,j,i)               &
201                                   ) * ddy
202                ENDDO
203             ENDIF
204
205!
206!--          Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl layer,
207!--          index k starts at nzb_u_inner+2.
208             DO  k = nzb_diff_u(j,i), nzt_diff
209!
210!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
211                kmzp = 0.25_wp *                                               &
212                       ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
213                kmzm = 0.25_wp *                                               &
214                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
215
216                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
217                      & + ( kmzp * ( ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)   &
218                      &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx         &
219                      &            )                                           &
220                      &   - kmzm * ( ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
221                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx       &
222                      &            )                                           &
223                      &   ) * ddzw(k)
224             ENDDO
225
226!
227!--          Vertical diffusion at the first grid point above the surface,
228!--          if the momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law or
229!--          if it is prescribed by the user.
230!--          Difference quotient of the momentum flux is not formed over half
231!--          of the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the comparison
232!--          with other (LES) models showed that the values of the momentum
233!--          flux becomes too large in this case.
234!--          The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
235!--          because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
236             IF ( use_surface_fluxes )  THEN
237                k = nzb_u_inner(j,i)+1
238!
239!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
240                kmzp = 0.25_wp *                                               &
241                      ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
242
243                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
244                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1)   ) * ddx         &
245                      &   ) * ddzw(k)                                          &
246                      & + ( kmzp * ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
247                      &   + usws(j,i)                                          &
248                      &   ) * ddzw(k)
249             ENDIF
250
251!
252!--          Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
253!--          if the momentum flux at the top is prescribed by the user
254             IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
255                k = nzt
256!
257!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
258                kmzm = 0.25_wp *                                               &
259                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
260
261                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
262                      & - ( kmzm * ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx         &
263                      &   ) * ddzw(k)                                          &
264                      & + ( -uswst(j,i)                                        &
265                      &   - kmzm * ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)     &
266                      &   ) * ddzw(k)
267             ENDIF
268
269          ENDDO
270       ENDDO
271
272    END SUBROUTINE diffusion_u
273
274
275!------------------------------------------------------------------------------!
276! Description:
277! ------------
278!> Call for all grid points - accelerator version
279!------------------------------------------------------------------------------!
280    SUBROUTINE diffusion_u_acc
281
282       USE arrays_3d,                                                          &
283           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, usws, uswst, v, w
284       
285       USE control_parameters,                                                 &
286           ONLY:  constant_top_momentumflux, topography, use_surface_fluxes,   &
287                  use_top_fluxes
288       
289       USE grid_variables,                                                     &
290           ONLY:  ddx, ddx2, ddy, fym, fyp, wall_u
291       
292       USE indices,                                                            &
293           ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nxl, nxr, nyn, nys, nzb,  &
294                  nzb_diff_u, nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzt, nzt_diff
295       
296       USE kinds
297
298       IMPLICIT NONE
299
300       INTEGER(iwp) ::  i     !<
301       INTEGER(iwp) ::  j     !<
302       INTEGER(iwp) ::  k     !<
303       REAL(wp)     ::  kmym  !<
304       REAL(wp)     ::  kmyp  !<
305       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
306       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
307
308       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  usvs  !<
309       !$acc declare create ( usvs )
310
311!
312!--    First calculate horizontal momentum flux u'v' at vertical walls,
313!--    if neccessary
314       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
315          CALL wall_fluxes_acc( usvs, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,          &
316                                nzb_u_inner, nzb_u_outer, wall_u )
317       ENDIF
318
319       !$acc kernels present ( u, v, w, km, tend, usws, uswst )                &
320       !$acc         present ( ddzu, ddzw, fym, fyp, wall_u )                  &
321       !$acc         present ( nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzb_diff_u )
322       DO  i = i_left, i_right
323          DO  j = j_south, j_north
324!
325!--          Compute horizontal diffusion
326             DO  k = 1, nzt
327                IF ( k > nzb_u_outer(j,i) )  THEN
328!
329!--                Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
330                   kmyp = 0.25_wp *                                            &
331                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
332                   kmym = 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
335                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
336                         & + 2.0_wp * (                                        &
337                         &           km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i)   ) &
338                         &         - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i)   - u(k,j,i-1) ) &
339                         &            ) * ddx2                                 &
340                         & + ( kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy      &
341                         &   + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx      &
342                         &   - kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy          &
343                         &   - kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx          &
344                         &   ) * ddy
345                ENDIF
346             ENDDO
347
348!
349!--          Wall functions at the north and south walls, respectively
350             DO  k = 1, nzt
351                IF( k > nzb_u_inner(j,i)  .AND.  k <= nzb_u_outer(j,i)  .AND.  &
352                    wall_u(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
353
354                   kmyp = 0.25_wp *                                            &
355                          ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
356                   kmym = 0.25_wp *                                            &
357                          ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
358
359                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
360                                 + 2.0_wp * (                                  &
361                                       km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) &
362                                     - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i) - u(k,j,i-1) ) &
363                                            ) * ddx2                           &
364                                 + (   fyp(j,i) * (                            &
365                                  kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy   &
366                                + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx   &
367                                                  )                            &
368                                     - fym(j,i) * (                            &
369                                  kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
370                                + kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
371                                                  )                            &
372                                     + wall_u(j,i) * usvs(k,j,i)               &
373                                   ) * ddy
374                ENDIF
375             ENDDO
376
377!
378!--          Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl layer,
379!--          index k starts at nzb_u_inner+2.
380             DO  k = 1, nzt_diff
381                IF ( k >= nzb_diff_u(j,i) )  THEN
382!
383!--                Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
384                   kmzp = 0.25_wp *                                            &
385                          ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
386                   kmzm = 0.25_wp *                                            &
387                          ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
388
389                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
390                         & + ( kmzp * ( ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)&
391                         &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx      &
392                         &            )                                        &
393                         &   - kmzm * ( ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)&
394                         &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx    &
395                         &            )                                        &
396                         &   ) * ddzw(k)
397                ENDIF
398             ENDDO
399
400          ENDDO
401       ENDDO
402
403!
404!--    Vertical diffusion at the first grid point above the surface,
405!--    if the momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law or
406!--    if it is prescribed by the user.
407!--    Difference quotient of the momentum flux is not formed over half
408!--    of the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the comparison
409!--    with other (LES) models showed that the values of the momentum
410!--    flux becomes too large in this case.
411!--    The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
412!--    because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
413       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
414
415          DO  i = i_left, i_right
416             DO  j = j_south, j_north
417         
418                k = nzb_u_inner(j,i)+1
419!
420!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
421                kmzp = 0.25_wp *                                               &
422                      ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
423
424                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
425                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1)   ) * ddx         &
426                      &   ) * ddzw(k)                                          &
427                      & + ( kmzp * ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
428                      &   + usws(j,i)                                          &
429                      &   ) * ddzw(k)
430             ENDDO
431          ENDDO
432
433       ENDIF
434
435!
436!--    Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
437!--    if the momentum flux at the top is prescribed by the user
438       IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
439
440          k = nzt
441
442          DO  i = i_left, i_right
443             DO  j = j_south, j_north
444
445!
446!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
447                kmzm = 0.25_wp *                                               &
448                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
449
450                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
451                      & - ( kmzm * ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx         &
452                      &   ) * ddzw(k)                                          &
453                      & + ( -uswst(j,i)                                        &
454                      &   - kmzm * ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)     &
455                      &   ) * ddzw(k)
456             ENDDO
457          ENDDO
458
459       ENDIF
460       !$acc end kernels
461
462    END SUBROUTINE diffusion_u_acc
463
464
465!------------------------------------------------------------------------------!
466! Description:
467! ------------
468!> Call for grid point i,j
469!------------------------------------------------------------------------------!
470    SUBROUTINE diffusion_u_ij( i, j )
471
472       USE arrays_3d,                                                          &
473           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, usws, uswst, v, w
474       
475       USE control_parameters,                                                 &
476           ONLY:  constant_top_momentumflux, use_surface_fluxes, use_top_fluxes
477       
478       USE grid_variables,                                                     &
479           ONLY:  ddx, ddx2, ddy, fym, fyp, wall_u
480       
481       USE indices,                                                            &
482           ONLY:  nzb, nzb_diff_u, nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzt, nzt_diff
483       
484       USE kinds
485
486       IMPLICIT NONE
487
488       INTEGER(iwp) ::  i     !<
489       INTEGER(iwp) ::  j     !<
490       INTEGER(iwp) ::  k     !<
491       REAL(wp)     ::  kmym  !<
492       REAL(wp)     ::  kmyp  !<
493       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
494       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
495
496       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) ::  usvs  !<
497
498!
499!--    Compute horizontal diffusion
500       DO  k = nzb_u_outer(j,i)+1, nzt
501!
502!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
503          kmyp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
504          kmym = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
505
506          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
507                      & + 2.0_wp * (                                           &
508                      &           km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i)   )    &
509                      &         - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i)   - u(k,j,i-1) )    &
510                      &            ) * ddx2                                    &
511                      & + ( kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy         &
512                      &   + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx         &
513                      &   - kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy             &
514                      &   - kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx             &
515                      &   ) * ddy
516       ENDDO
517
518!
519!--    Wall functions at the north and south walls, respectively
520       IF ( wall_u(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
521
522!
523!--       Calculate the horizontal momentum flux u'v'
524          CALL wall_fluxes( i, j, nzb_u_inner(j,i)+1, nzb_u_outer(j,i),        &
525                            usvs, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
526
527          DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzb_u_outer(j,i)
528             kmyp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j+1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j+1,i-1) )
529             kmym = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i-1) )
530
531             tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                         &
532                                 + 2.0_wp * (                                  &
533                                       km(k,j,i)   * ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) &
534                                     - km(k,j,i-1) * ( u(k,j,i) - u(k,j,i-1) ) &
535                                            ) * ddx2                           &
536                                 + (   fyp(j,i) * (                            &
537                                  kmyp * ( u(k,j+1,i) - u(k,j,i)     ) * ddy   &
538                                + kmyp * ( v(k,j+1,i) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx   &
539                                                  )                            &
540                                     - fym(j,i) * (                            &
541                                  kmym * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
542                                + kmym * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
543                                                  )                            &
544                                     + wall_u(j,i) * usvs(k)                   &
545                                   ) * ddy
546          ENDDO
547       ENDIF
548
549!
550!--    Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl layer,
551!--    index k starts at nzb_u_inner+2.
552       DO  k = nzb_diff_u(j,i), nzt_diff
553!
554!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
555          kmzp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
556          kmzm = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
557
558          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
559                      & + ( kmzp * ( ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)   &
560                      &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx         &
561                      &            )                                           &
562                      &   - kmzm * ( ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
563                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx       &
564                      &            )                                           &
565                      &   ) * ddzw(k)
566       ENDDO
567
568!
569!--    Vertical diffusion at the first grid point above the surface, if the
570!--    momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law or if it is
571!--    prescribed by the user.
572!--    Difference quotient of the momentum flux is not formed over half of
573!--    the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the comparison with
574!--    other (LES) models showed that the values of the momentum flux becomes
575!--    too large in this case.
576!--    The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
577!--    because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
578       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
579          k = nzb_u_inner(j,i)+1
580!
581!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
582          kmzp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k+1,j,i-1) )
583
584          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
585                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1)   ) * ddx         &
586                      &   ) * ddzw(k)                                          &
587                      & + ( kmzp * ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
588                      &   + usws(j,i)                                          &
589                      &   ) * ddzw(k)
590       ENDIF
591
592!
593!--    Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
594!--    if the momentum flux at the top is prescribed by the user
595       IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
596          k = nzt
597!
598!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
599          kmzm = 0.25_wp *                                                     &
600                 ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k-1,j,i-1) )
601
602          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
603                      & - ( kmzm * ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx         &
604                      &   ) * ddzw(k)                                          &
605                      & + ( -uswst(j,i)                                        &
606                      &   - kmzm * ( u(k,j,i)   - u(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)     &
607                      &   ) * ddzw(k)
608       ENDIF
609
610    END SUBROUTINE diffusion_u_ij
611
612 END MODULE diffusion_u_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.