source: palm/trunk/SOURCE/diffusion_v.f90 @ 2037

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Anelastic approximation implemented

  • Property svn:keywords set to Id
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[1873]1!> @file diffusion_v.f90
[2000]2!------------------------------------------------------------------------------!
[1036]3! This file is part of PALM.
4!
[2000]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.
[1036]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!
[1818]17! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
[2000]18!------------------------------------------------------------------------------!
[1036]19!
[484]20! Current revisions:
[1]21! -----------------
[2037]22! Anelastic approximation implemented
[1341]23!
[1321]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: diffusion_v.f90 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop $
27!
[2001]28! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
29! Forced header and separation lines into 80 columns
30!
[1874]31! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
32! Module renamed (removed _mod)
33!
34!
[1851]35! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
36! Module renamed
37!
38!
[1741]39! 1740 2016-01-13 08:19:40Z raasch
40! unnecessary calculations of kmzm and kmzp in wall bounded parts removed
41!
[1683]42! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
43! Code annotations made doxygen readable
44!
[1341]45! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
46! REAL constants defined as wp-kind
47!
[1321]48! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
[1320]49! ONLY-attribute added to USE-statements,
50! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
51! kinds are defined in new module kinds,
52! revision history before 2012 removed,
53! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
54! all variable declaration statements
[1321]55!
[1258]56! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
57! openacc loop and loop vector clauses removed, declare create moved after
58! the FORTRAN declaration statement
59!
[1132]60! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
61! loop index bounds in accelerator version replaced by i_left, i_right, j_south,
62! j_north
63!
[1037]64! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
65! code put under GPL (PALM 3.9)
66!
[1017]67! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
68! accelerator version (*_acc) added
69!
[1002]70! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
71! arrays comunicated by module instead of parameter list
72!
[979]73! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
74! outflow damping layer removed
75! kmxm_x/_y and kmxp_x/_y change to kmxm and kmxp
76!
[1]77! Revision 1.1  1997/09/12 06:24:01  raasch
78! Initial revision
79!
80!
81! Description:
82! ------------
[1682]83!> Diffusion term of the v-component
[1]84!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]85 MODULE diffusion_v_mod
86 
[1]87
[56]88    USE wall_fluxes_mod
89
[1]90    PRIVATE
[1015]91    PUBLIC diffusion_v, diffusion_v_acc
[1]92
93    INTERFACE diffusion_v
94       MODULE PROCEDURE diffusion_v
95       MODULE PROCEDURE diffusion_v_ij
96    END INTERFACE diffusion_v
97
[1015]98    INTERFACE diffusion_v_acc
99       MODULE PROCEDURE diffusion_v_acc
100    END INTERFACE diffusion_v_acc
101
[1]102 CONTAINS
103
104
105!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]106! Description:
107! ------------
108!> Call for all grid points
[1]109!------------------------------------------------------------------------------!
[1001]110    SUBROUTINE diffusion_v
[1]111
[1320]112       USE arrays_3d,                                                          &
[2037]113           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, v, vsws, vswst, w,                  &
114                  drho_air, rho_air_zw
[1320]115       
116       USE control_parameters,                                                 &
117           ONLY:  constant_top_momentumflux, topography, use_surface_fluxes,   &
118                  use_top_fluxes
119       
120       USE grid_variables,                                                     &
121           ONLY:  ddx, ddy, ddy2, fxm, fxp, wall_v
122       
123       USE indices,                                                            &
124           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nysv, nzb, nzb_diff_v, nzb_v_inner,      &
125                  nzb_v_outer, nzt, nzt_diff
126       
127       USE kinds
[1]128
129       IMPLICIT NONE
130
[1682]131       INTEGER(iwp) ::  i     !<
132       INTEGER(iwp) ::  j     !<
133       INTEGER(iwp) ::  k     !<
134       REAL(wp)     ::  kmxm  !<
135       REAL(wp)     ::  kmxp  !<
136       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
137       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
[1001]138
[1682]139       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  vsus  !<
[1]140
[56]141!
142!--    First calculate horizontal momentum flux v'u' at vertical walls,
143!--    if neccessary
144       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[1320]145          CALL wall_fluxes( vsus, 0.0_wp, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, nzb_v_inner, &
[56]146                            nzb_v_outer, wall_v )
147       ENDIF
148
[1]149       DO  i = nxl, nxr
[106]150          DO  j = nysv, nyn
[1]151!
152!--          Compute horizontal diffusion
153             DO  k = nzb_v_outer(j,i)+1, nzt
154!
155!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]156                kmxp = 0.25_wp * &
[978]157                       ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
[1340]158                kmxm = 0.25_wp * &
[978]159                       ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i-1) )
[1]160
[1320]161                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
162                      & + ( kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx         &
163                      &   + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy         &
164                      &   - kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx             &
165                      &   - kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy             &
166                      &   ) * ddx                                              &
[1340]167                      & + 2.0_wp * (                                           &
[1320]168                      &           km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) )      &
169                      &         - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) )      &
[1340]170                      &            ) * ddy2
[1]171             ENDDO
172
173!
174!--          Wall functions at the left and right walls, respectively
[1340]175             IF ( wall_v(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
[51]176
[1]177                DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzb_v_outer(j,i)
[1340]178                   kmxp = 0.25_wp *                                            &
[978]179                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
[1340]180                   kmxm = 0.25_wp *                                            &
[978]181                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i-1) )
182                   
[1]183                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
[1340]184                                 + 2.0_wp * (                                  &
[1]185                                       km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) &
186                                     - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) ) &
[1340]187                                            ) * ddy2                           &
[1]188                                 + (   fxp(j,i) * (                            &
[978]189                                  kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx   &
190                                + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy   &
[1]191                                                  )                            &
192                                     - fxm(j,i) * (                            &
[978]193                                  kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
194                                + kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
[1]195                                                  )                            &
[56]196                                     + wall_v(j,i) * vsus(k,j,i)               &
[1]197                                   ) * ddx
198                ENDDO
199             ENDIF
200
201!
202!--          Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl
203!--          layer, index k starts at nzb_v_inner+2.
[102]204             DO  k = nzb_diff_v(j,i), nzt_diff
[1]205!
206!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]207                kmzp = 0.25_wp * &
[1]208                       ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k+1,j-1,i) )
[1340]209                kmzm = 0.25_wp * &
[1]210                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k-1,j-1,i) )
211
[1320]212                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
213                      & + ( kmzp * ( ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i) ) * ddzu(k+1)     &
214                      &            + ( w(k,j,i) - w(k,j-1,i) ) * ddy           &
[2037]215                      &            ) * rho_air_zw(k)                           &
[1320]216                      &   - kmzm * ( ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
217                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy       &
[2037]218                      &            ) * rho_air_zw(k-1)                         &
219                      &   ) * ddzw(k) * drho_air(k)
[1]220             ENDDO
221
222!
223!--          Vertical diffusion at the first grid point above the surface,
224!--          if the momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law
225!--          or if it is prescribed by the user.
226!--          Difference quotient of the momentum flux is not formed over
227!--          half of the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the
[1320]228!--          comparison with other (LES) models showed that the values of
[1]229!--          the momentum flux becomes too large in this case.
230!--          The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
231!--          because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
232             IF ( use_surface_fluxes )  THEN
233                k = nzb_v_inner(j,i)+1
234!
235!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]236                kmzp = 0.25_wp *                                               &
[1]237                       ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k+1,j-1,i) )
238
[1320]239                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
[2037]240                      & + ( kmzp * ( ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)   &
241                      &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j-1,i) ) * ddy         &
242                      &            ) * rho_air_zw(k)                           &
243                      &   - ( -vsws(j,i) )                                     &
244                      &   ) * ddzw(k) * drho_air(k)
[1]245             ENDIF
246
[102]247!
248!--          Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
249!--          if the momentum flux at the top is prescribed by the user
[103]250             IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
[102]251                k = nzt
252!
253!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]254                kmzm = 0.25_wp *                                               &
[102]255                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k-1,j-1,i) )
256
[1320]257                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
[2037]258                      & + ( ( -vswst(j,i) )                                    &
259                      &   - kmzm * ( ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
260                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy       &
261                      &            ) * rho_air_zw(k-1)                         &
262                      &   ) * ddzw(k) * drho_air(k)
[102]263             ENDIF
264
[1]265          ENDDO
266       ENDDO
267
268    END SUBROUTINE diffusion_v
269
270
271!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]272! Description:
273! ------------
274!> Call for all grid points - accelerator version
[1015]275!------------------------------------------------------------------------------!
276    SUBROUTINE diffusion_v_acc
277
[1320]278       USE arrays_3d,                                                          &
[2037]279           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, v, vsws, vswst, w,                  &
280                  drho_air, rho_air_zw
[1320]281       
282       USE control_parameters,                                                 &
283           ONLY:  constant_top_momentumflux, topography, use_surface_fluxes,   &
284                  use_top_fluxes
285       
286       USE grid_variables,                                                     &
287           ONLY:  ddx, ddy, ddy2, fxm, fxp, wall_v
288       
289       USE indices,                                                            &
290           ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nxl, nxr, nyn, nys, nzb,  &
291                  nzb_diff_v, nzb_v_inner, nzb_v_outer, nzt, nzt_diff
292       
293       USE kinds
[1015]294
295       IMPLICIT NONE
296
[1682]297       INTEGER(iwp) ::  i     !<
298       INTEGER(iwp) ::  j     !<
299       INTEGER(iwp) ::  k     !<
300       REAL(wp)     ::  kmxm  !<
301       REAL(wp)     ::  kmxp  !<
302       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
303       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
[1015]304
[1682]305       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  vsus  !<
[1015]306       !$acc declare create ( vsus )
307
308!
309!--    First calculate horizontal momentum flux v'u' at vertical walls,
310!--    if neccessary
311       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[1320]312          CALL wall_fluxes_acc( vsus, 0.0_wp, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,          &
313                                nzb_v_inner, nzb_v_outer, wall_v )
[1015]314       ENDIF
315
[1320]316       !$acc kernels present ( u, v, w, km, tend, vsws, vswst )                &
317       !$acc         present ( ddzu, ddzw, fxm, fxp, wall_v )                  &
[1015]318       !$acc         present ( nzb_v_inner, nzb_v_outer, nzb_diff_v )
[1128]319       DO  i = i_left, i_right
320          DO  j = j_south, j_north
[1015]321!
322!--          Compute horizontal diffusion
323             DO  k = 1, nzt
324                IF ( k > nzb_v_outer(j,i) )  THEN
325!
326!--                Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]327                   kmxp = 0.25_wp *                                            &
[1015]328                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
[1340]329                   kmxm = 0.25_wp *                                            &
[1015]330                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i-1) )
331
332                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
333                         & + ( kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx      &
334                         &   + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy      &
335                         &   - kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx          &
336                         &   - kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy          &
337                         &   ) * ddx                                           &
[1340]338                         & + 2.0_wp * (                                        &
[1015]339                         &           km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) )   &
340                         &         - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) )   &
[1340]341                         &            ) * ddy2
[1015]342                ENDIF
343             ENDDO
344
345!
346!--          Wall functions at the left and right walls, respectively
347             DO  k = 1, nzt
[1320]348                IF( k > nzb_v_inner(j,i)  .AND.  k <= nzb_v_outer(j,i)  .AND.  &
[1340]349                    wall_v(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
[1015]350
[1340]351                   kmxp = 0.25_wp *                                            &
[1015]352                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
[1340]353                   kmxm = 0.25_wp *                                            &
[1015]354                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i-1) )
355                   
356                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
[1340]357                                 + 2.0_wp * (                                  &
[1015]358                                       km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) &
359                                     - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) ) &
[1340]360                                            ) * ddy2                           &
[1015]361                                 + (   fxp(j,i) * (                            &
362                                  kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx   &
363                                + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy   &
364                                                  )                            &
365                                     - fxm(j,i) * (                            &
366                                  kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
367                                + kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
368                                                  )                            &
369                                     + wall_v(j,i) * vsus(k,j,i)               &
370                                   ) * ddx
371                ENDIF
372             ENDDO
373
374!
375!--          Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl
376!--          layer, index k starts at nzb_v_inner+2.
377             DO  k = 1, nzt_diff
378                IF ( k >= nzb_diff_v(j,i) )  THEN
379!
380!--                Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]381                   kmzp = 0.25_wp *                                            &
[1015]382                          ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k+1,j-1,i) )
[1340]383                   kmzm = 0.25_wp *                                            &
[1015]384                          ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k-1,j-1,i) )
385
386                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
387                         & + ( kmzp * ( ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)&
388                         &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j-1,i) ) * ddy      &
[2037]389                         &            ) * rho_air_zw(k)                        &
[1015]390                         &   - kmzm * ( ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)&
391                         &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy    &
[2037]392                         &            ) * rho_air_zw(k-1)                      &
393                         &   ) * ddzw(k) * drho_air(k)
[1015]394                ENDIF
395             ENDDO
396
397          ENDDO
398       ENDDO
399
400!
401!--    Vertical diffusion at the first grid point above the surface,
402!--    if the momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law
403!--    or if it is prescribed by the user.
404!--    Difference quotient of the momentum flux is not formed over
405!--    half of the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the
[1320]406!--    comparison with other (LES) models showed that the values of
[1015]407!--    the momentum flux becomes too large in this case.
408!--    The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
409!--    because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
410       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
411
[1128]412          DO  i = i_left, i_right
413             DO  j = j_south, j_north
[1015]414         
415                k = nzb_v_inner(j,i)+1
416!
417!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]418                kmzp = 0.25_wp *                                               &
[1015]419                       ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k+1,j-1,i) )
420
[1320]421                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
[2037]422                      & + ( kmzp * ( ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)   &
423                      &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j-1,i) ) * ddy         &
424                      &            ) * rho_air_zw(k)                           &
425                      &   - ( -vsws(j,i) )                                     &
426                      &   ) * ddzw(k) * drho_air(k)
[1015]427             ENDDO
428          ENDDO
429
430       ENDIF
431
432!
433!--    Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
434!--    if the momentum flux at the top is prescribed by the user
435       IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
436
437          k = nzt
438
[1128]439          DO  i = i_left, i_right
440             DO  j = j_south, j_north
[1015]441
442!
443!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]444                kmzm = 0.25_wp *                                               &
[1015]445                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k-1,j-1,i) )
446
[1320]447                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
[2037]448                      & + ( ( -vswst(j,i) )                                    &
449                      &   - kmzm * ( ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
450                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy       &
451                      &            ) * rho_air_zw(k-1)                         &
452                      &   ) * ddzw(k) * drho_air(k)
[1015]453             ENDDO
454          ENDDO
455
456       ENDIF
457       !$acc end kernels
458
459    END SUBROUTINE diffusion_v_acc
460
461
462!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]463! Description:
464! ------------
465!> Call for grid point i,j
[1]466!------------------------------------------------------------------------------!
[1001]467    SUBROUTINE diffusion_v_ij( i, j )
[1]468
[1320]469       USE arrays_3d,                                                          &
[2037]470           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, v, vsws, vswst, w,                  &
471                  drho_air, rho_air_zw
[1320]472       
473       USE control_parameters,                                                 &
474           ONLY:  constant_top_momentumflux, use_surface_fluxes, use_top_fluxes
475       
476       USE grid_variables,                                                     &
477           ONLY:  ddx, ddy, ddy2, fxm, fxp, wall_v
478       
479       USE indices,                                                            &
480           ONLY:  nzb, nzb_diff_v, nzb_v_inner, nzb_v_outer, nzt, nzt_diff
481       
482       USE kinds
[1]483
484       IMPLICIT NONE
485
[1682]486       INTEGER(iwp) ::  i     !<
487       INTEGER(iwp) ::  j     !<
488       INTEGER(iwp) ::  k     !<
489       REAL(wp)     ::  kmxm  !<
490       REAL(wp)     ::  kmxp  !<
491       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
492       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
[1]493
[1682]494       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) ::  vsus  !<
[1001]495
[1]496!
497!--    Compute horizontal diffusion
498       DO  k = nzb_v_outer(j,i)+1, nzt
499!
500!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]501          kmxp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
502          kmxm = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i-1) )
[1]503
[1320]504          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
505                      & + ( kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx         &
506                      &   + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy         &
507                      &   - kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx             &
508                      &   - kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy             &
509                      &   ) * ddx                                              &
[1340]510                      & + 2.0_wp * (                                           &
[1320]511                      &           km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) )      &
512                      &         - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) )      &
[1340]513                      &            ) * ddy2
[1]514       ENDDO
515
516!
517!--    Wall functions at the left and right walls, respectively
[1340]518       IF ( wall_v(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
[51]519
520!
521!--       Calculate the horizontal momentum flux v'u'
[1320]522          CALL wall_fluxes( i, j, nzb_v_inner(j,i)+1, nzb_v_outer(j,i),        &
523                            vsus, 0.0_wp, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
[51]524
[1]525          DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzb_v_outer(j,i)
[1340]526             kmxp = 0.25_wp *                                                  &
[978]527                    ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
[1340]528             kmxm = 0.25_wp *                                                  &
[978]529                    ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i-1) )
[1]530
531             tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                         &
[1340]532                                 + 2.0_wp * (                                  &
[1]533                                       km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) &
534                                     - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) ) &
[1340]535                                            ) * ddy2                           &
[1]536                                 + (   fxp(j,i) * (                            &
[978]537                                  kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx   &
538                                + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy   &
[1]539                                                  )                            &
540                                     - fxm(j,i) * (                            &
[978]541                                  kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
542                                + kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
[1]543                                                  )                            &
[51]544                                     + wall_v(j,i) * vsus(k)                   &
[1]545                                   ) * ddx
546          ENDDO
547       ENDIF
548
549!
550!--    Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl layer,
551!--    index k starts at nzb_v_inner+2.
[102]552       DO  k = nzb_diff_v(j,i), nzt_diff
[1]553!
554!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]555          kmzp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k+1,j-1,i) )
556          kmzm = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k-1,j-1,i) )
[1]557
[1320]558          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
559                      & + ( kmzp * ( ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i) ) * ddzu(k+1)     &
560                      &            + ( w(k,j,i) - w(k,j-1,i) ) * ddy           &
[2037]561                      &            ) * rho_air_zw(k)                           &
[1320]562                      &   - kmzm * ( ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
563                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy       &
[2037]564                      &            ) * rho_air_zw(k-1)                         &
565                      &   ) * ddzw(k) * drho_air(k)
[1]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
[1320]574!--    other (LES) models showed that the values of the momentum flux becomes
[1]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_v_inner(j,i)+1
580!
581!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]582          kmzp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k+1,j-1,i) )
[1]583
[1320]584          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
[2037]585                      & + ( kmzp * ( ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)   &
586                      &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j-1,i) ) * ddy         &
587                      &            ) * rho_air_zw(k)                           &
588                      &   - ( -vsws(j,i) )                                     &
589                      &   ) * ddzw(k) * drho_air(k)
[1]590       ENDIF
591
[102]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
[103]595       IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
[102]596          k = nzt
597!
598!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[2037]599          kmzm = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k-1,j-1,i) )
[102]600
[1320]601          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
[2037]602                      & + ( ( -vswst(j,i) )                                    &
603                      &   - kmzm * ( ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
604                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy       &
605                      &            ) * rho_air_zw(k-1)                         &
606                      &   ) * ddzw(k) * drho_air(k)
[102]607       ENDIF
608
[1]609    END SUBROUTINE diffusion_v_ij
610
[1321]611 END MODULE diffusion_v_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.