source: palm/trunk/SOURCE/diffusion_v_mod.f90 @ 1852

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[1850]1!> @file diffusion_v_mod.f90
[1036]2!--------------------------------------------------------------------------------!
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4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
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.
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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!
[1818]16! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
[1036]17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
[484]19! Current revisions:
[1]20! -----------------
[1341]21!
[1851]22!
[1321]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: diffusion_v_mod.f90 1851 2016-04-08 13:32:50Z hoffmann $
26!
[1851]27! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
28! Module renamed
29!
30!
[1741]31! 1740 2016-01-13 08:19:40Z raasch
32! unnecessary calculations of kmzm and kmzp in wall bounded parts removed
33!
[1683]34! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
35! Code annotations made doxygen readable
36!
[1341]37! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
38! REAL constants defined as wp-kind
39!
[1321]40! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
[1320]41! ONLY-attribute added to USE-statements,
42! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
43! kinds are defined in new module kinds,
44! revision history before 2012 removed,
45! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
46! all variable declaration statements
[1321]47!
[1258]48! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
49! openacc loop and loop vector clauses removed, declare create moved after
50! the FORTRAN declaration statement
51!
[1132]52! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
53! loop index bounds in accelerator version replaced by i_left, i_right, j_south,
54! j_north
55!
[1037]56! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
57! code put under GPL (PALM 3.9)
58!
[1017]59! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
60! accelerator version (*_acc) added
61!
[1002]62! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
63! arrays comunicated by module instead of parameter list
64!
[979]65! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
66! outflow damping layer removed
67! kmxm_x/_y and kmxp_x/_y change to kmxm and kmxp
68!
[1]69! Revision 1.1  1997/09/12 06:24:01  raasch
70! Initial revision
71!
72!
73! Description:
74! ------------
[1682]75!> Diffusion term of the v-component
[1]76!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]77 MODULE diffusion_v_mod
78 
[1]79
[56]80    USE wall_fluxes_mod
81
[1]82    PRIVATE
[1015]83    PUBLIC diffusion_v, diffusion_v_acc
[1]84
85    INTERFACE diffusion_v
86       MODULE PROCEDURE diffusion_v
87       MODULE PROCEDURE diffusion_v_ij
88    END INTERFACE diffusion_v
89
[1015]90    INTERFACE diffusion_v_acc
91       MODULE PROCEDURE diffusion_v_acc
92    END INTERFACE diffusion_v_acc
93
[1]94 CONTAINS
95
96
97!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]98! Description:
99! ------------
100!> Call for all grid points
[1]101!------------------------------------------------------------------------------!
[1001]102    SUBROUTINE diffusion_v
[1]103
[1320]104       USE arrays_3d,                                                          &
105           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, v, vsws, vswst, w
106       
107       USE control_parameters,                                                 &
108           ONLY:  constant_top_momentumflux, topography, use_surface_fluxes,   &
109                  use_top_fluxes
110       
111       USE grid_variables,                                                     &
112           ONLY:  ddx, ddy, ddy2, fxm, fxp, wall_v
113       
114       USE indices,                                                            &
115           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nysv, nzb, nzb_diff_v, nzb_v_inner,      &
116                  nzb_v_outer, nzt, nzt_diff
117       
118       USE kinds
[1]119
120       IMPLICIT NONE
121
[1682]122       INTEGER(iwp) ::  i     !<
123       INTEGER(iwp) ::  j     !<
124       INTEGER(iwp) ::  k     !<
125       REAL(wp)     ::  kmxm  !<
126       REAL(wp)     ::  kmxp  !<
127       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
128       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
[1001]129
[1682]130       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  vsus  !<
[1]131
[56]132!
133!--    First calculate horizontal momentum flux v'u' at vertical walls,
134!--    if neccessary
135       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[1320]136          CALL wall_fluxes( vsus, 0.0_wp, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, nzb_v_inner, &
[56]137                            nzb_v_outer, wall_v )
138       ENDIF
139
[1]140       DO  i = nxl, nxr
[106]141          DO  j = nysv, nyn
[1]142!
143!--          Compute horizontal diffusion
144             DO  k = nzb_v_outer(j,i)+1, nzt
145!
146!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]147                kmxp = 0.25_wp * &
[978]148                       ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
[1340]149                kmxm = 0.25_wp * &
[978]150                       ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i-1) )
[1]151
[1320]152                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
153                      & + ( kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx         &
154                      &   + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy         &
155                      &   - kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx             &
156                      &   - kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy             &
157                      &   ) * ddx                                              &
[1340]158                      & + 2.0_wp * (                                           &
[1320]159                      &           km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) )      &
160                      &         - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) )      &
[1340]161                      &            ) * ddy2
[1]162             ENDDO
163
164!
165!--          Wall functions at the left and right walls, respectively
[1340]166             IF ( wall_v(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
[51]167
[1]168                DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzb_v_outer(j,i)
[1340]169                   kmxp = 0.25_wp *                                            &
[978]170                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
[1340]171                   kmxm = 0.25_wp *                                            &
[978]172                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i-1) )
173                   
[1]174                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
[1340]175                                 + 2.0_wp * (                                  &
[1]176                                       km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) &
177                                     - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) ) &
[1340]178                                            ) * ddy2                           &
[1]179                                 + (   fxp(j,i) * (                            &
[978]180                                  kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx   &
181                                + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy   &
[1]182                                                  )                            &
183                                     - fxm(j,i) * (                            &
[978]184                                  kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
185                                + kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
[1]186                                                  )                            &
[56]187                                     + wall_v(j,i) * vsus(k,j,i)               &
[1]188                                   ) * ddx
189                ENDDO
190             ENDIF
191
192!
193!--          Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl
194!--          layer, index k starts at nzb_v_inner+2.
[102]195             DO  k = nzb_diff_v(j,i), nzt_diff
[1]196!
197!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]198                kmzp = 0.25_wp * &
[1]199                       ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k+1,j-1,i) )
[1340]200                kmzm = 0.25_wp * &
[1]201                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k-1,j-1,i) )
202
[1320]203                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
204                      & + ( kmzp * ( ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i) ) * ddzu(k+1)     &
205                      &            + ( w(k,j,i) - w(k,j-1,i) ) * ddy           &
206                      &            )                                           &
207                      &   - kmzm * ( ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
208                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy       &
209                      &            )                                           &
[1]210                      &   ) * ddzw(k)
211             ENDDO
212
213!
214!--          Vertical diffusion at the first grid point above the surface,
215!--          if the momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law
216!--          or if it is prescribed by the user.
217!--          Difference quotient of the momentum flux is not formed over
218!--          half of the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the
[1320]219!--          comparison with other (LES) models showed that the values of
[1]220!--          the momentum flux becomes too large in this case.
221!--          The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
222!--          because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
223             IF ( use_surface_fluxes )  THEN
224                k = nzb_v_inner(j,i)+1
225!
226!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]227                kmzp = 0.25_wp *                                               &
[1]228                       ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k+1,j-1,i) )
229
[1320]230                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
231                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i) - w(k,j-1,i)     ) * ddy         &
232                      &   ) * ddzw(k)                                          &
233                      & + ( kmzp * ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
234                      &   + vsws(j,i)                                          &
[1]235                      &   ) * ddzw(k)
236             ENDIF
237
[102]238!
239!--          Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
240!--          if the momentum flux at the top is prescribed by the user
[103]241             IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
[102]242                k = nzt
243!
244!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]245                kmzm = 0.25_wp *                                               &
[102]246                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k-1,j-1,i) )
247
[1320]248                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
249                      & - ( kmzm *  ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy        &
250                      &   ) * ddzw(k)                                          &
251                      & + ( -vswst(j,i)                                        &
252                      &   - kmzm * ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)    ) * ddzu(k)    &
[102]253                      &   ) * ddzw(k)
254             ENDIF
255
[1]256          ENDDO
257       ENDDO
258
259    END SUBROUTINE diffusion_v
260
261
262!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]263! Description:
264! ------------
265!> Call for all grid points - accelerator version
[1015]266!------------------------------------------------------------------------------!
267    SUBROUTINE diffusion_v_acc
268
[1320]269       USE arrays_3d,                                                          &
270           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, v, vsws, vswst, w
271       
272       USE control_parameters,                                                 &
273           ONLY:  constant_top_momentumflux, topography, use_surface_fluxes,   &
274                  use_top_fluxes
275       
276       USE grid_variables,                                                     &
277           ONLY:  ddx, ddy, ddy2, fxm, fxp, wall_v
278       
279       USE indices,                                                            &
280           ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nxl, nxr, nyn, nys, nzb,  &
281                  nzb_diff_v, nzb_v_inner, nzb_v_outer, nzt, nzt_diff
282       
283       USE kinds
[1015]284
285       IMPLICIT NONE
286
[1682]287       INTEGER(iwp) ::  i     !<
288       INTEGER(iwp) ::  j     !<
289       INTEGER(iwp) ::  k     !<
290       REAL(wp)     ::  kmxm  !<
291       REAL(wp)     ::  kmxp  !<
292       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
293       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
[1015]294
[1682]295       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  vsus  !<
[1015]296       !$acc declare create ( vsus )
297
298!
299!--    First calculate horizontal momentum flux v'u' at vertical walls,
300!--    if neccessary
301       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[1320]302          CALL wall_fluxes_acc( vsus, 0.0_wp, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,          &
303                                nzb_v_inner, nzb_v_outer, wall_v )
[1015]304       ENDIF
305
[1320]306       !$acc kernels present ( u, v, w, km, tend, vsws, vswst )                &
307       !$acc         present ( ddzu, ddzw, fxm, fxp, wall_v )                  &
[1015]308       !$acc         present ( nzb_v_inner, nzb_v_outer, nzb_diff_v )
[1128]309       DO  i = i_left, i_right
310          DO  j = j_south, j_north
[1015]311!
312!--          Compute horizontal diffusion
313             DO  k = 1, nzt
314                IF ( k > nzb_v_outer(j,i) )  THEN
315!
316!--                Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]317                   kmxp = 0.25_wp *                                            &
[1015]318                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
[1340]319                   kmxm = 0.25_wp *                                            &
[1015]320                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i-1) )
321
322                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
323                         & + ( kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx      &
324                         &   + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy      &
325                         &   - kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx          &
326                         &   - kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy          &
327                         &   ) * ddx                                           &
[1340]328                         & + 2.0_wp * (                                        &
[1015]329                         &           km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) )   &
330                         &         - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) )   &
[1340]331                         &            ) * ddy2
[1015]332                ENDIF
333             ENDDO
334
335!
336!--          Wall functions at the left and right walls, respectively
337             DO  k = 1, nzt
[1320]338                IF( k > nzb_v_inner(j,i)  .AND.  k <= nzb_v_outer(j,i)  .AND.  &
[1340]339                    wall_v(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
[1015]340
[1340]341                   kmxp = 0.25_wp *                                            &
[1015]342                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
[1340]343                   kmxm = 0.25_wp *                                            &
[1015]344                          ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i-1) )
345                   
346                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
[1340]347                                 + 2.0_wp * (                                  &
[1015]348                                       km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) &
349                                     - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) ) &
[1340]350                                            ) * ddy2                           &
[1015]351                                 + (   fxp(j,i) * (                            &
352                                  kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx   &
353                                + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy   &
354                                                  )                            &
355                                     - fxm(j,i) * (                            &
356                                  kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
357                                + kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
358                                                  )                            &
359                                     + wall_v(j,i) * vsus(k,j,i)               &
360                                   ) * ddx
361                ENDIF
362             ENDDO
363
364!
365!--          Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl
366!--          layer, index k starts at nzb_v_inner+2.
367             DO  k = 1, nzt_diff
368                IF ( k >= nzb_diff_v(j,i) )  THEN
369!
370!--                Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]371                   kmzp = 0.25_wp *                                            &
[1015]372                          ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k+1,j-1,i) )
[1340]373                   kmzm = 0.25_wp *                                            &
[1015]374                          ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k-1,j-1,i) )
375
376                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                   &
377                         & + ( kmzp * ( ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)&
378                         &            + ( w(k,j,i)   - w(k,j-1,i) ) * ddy      &
379                         &            )                                        &
380                         &   - kmzm * ( ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)&
381                         &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy    &
382                         &            )                                        &
383                         &   ) * ddzw(k)
384                ENDIF
385             ENDDO
386
387          ENDDO
388       ENDDO
389
390!
391!--    Vertical diffusion at the first grid point above the surface,
392!--    if the momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law
393!--    or if it is prescribed by the user.
394!--    Difference quotient of the momentum flux is not formed over
395!--    half of the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the
[1320]396!--    comparison with other (LES) models showed that the values of
[1015]397!--    the momentum flux becomes too large in this case.
398!--    The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
399!--    because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
400       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
401
[1128]402          DO  i = i_left, i_right
403             DO  j = j_south, j_north
[1015]404         
405                k = nzb_v_inner(j,i)+1
406!
407!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]408                kmzp = 0.25_wp *                                               &
[1015]409                       ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k+1,j-1,i) )
410
[1320]411                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
412                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i) - w(k,j-1,i)     ) * ddy         &
413                      &   ) * ddzw(k)                                          &
414                      & + ( kmzp * ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
415                      &   + vsws(j,i)                                          &
[1015]416                      &   ) * ddzw(k)
417             ENDDO
418          ENDDO
419
420       ENDIF
421
422!
423!--    Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
424!--    if the momentum flux at the top is prescribed by the user
425       IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
426
427          k = nzt
428
[1128]429          DO  i = i_left, i_right
430             DO  j = j_south, j_north
[1015]431
432!
433!--             Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]434                kmzm = 0.25_wp *                                               &
[1015]435                       ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k-1,j-1,i) )
436
[1320]437                tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                      &
438                      & - ( kmzm *  ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy        &
439                      &   ) * ddzw(k)                                          &
440                      & + ( -vswst(j,i)                                        &
441                      &   - kmzm * ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)    ) * ddzu(k)    &
[1015]442                      &   ) * ddzw(k)
443             ENDDO
444          ENDDO
445
446       ENDIF
447       !$acc end kernels
448
449    END SUBROUTINE diffusion_v_acc
450
451
452!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]453! Description:
454! ------------
455!> Call for grid point i,j
[1]456!------------------------------------------------------------------------------!
[1001]457    SUBROUTINE diffusion_v_ij( i, j )
[1]458
[1320]459       USE arrays_3d,                                                          &
460           ONLY:  ddzu, ddzw, km, tend, u, v, vsws, vswst, w
461       
462       USE control_parameters,                                                 &
463           ONLY:  constant_top_momentumflux, use_surface_fluxes, use_top_fluxes
464       
465       USE grid_variables,                                                     &
466           ONLY:  ddx, ddy, ddy2, fxm, fxp, wall_v
467       
468       USE indices,                                                            &
469           ONLY:  nzb, nzb_diff_v, nzb_v_inner, nzb_v_outer, nzt, nzt_diff
470       
471       USE kinds
[1]472
473       IMPLICIT NONE
474
[1682]475       INTEGER(iwp) ::  i     !<
476       INTEGER(iwp) ::  j     !<
477       INTEGER(iwp) ::  k     !<
478       REAL(wp)     ::  kmxm  !<
479       REAL(wp)     ::  kmxp  !<
480       REAL(wp)     ::  kmzm  !<
481       REAL(wp)     ::  kmzp  !<
[1]482
[1682]483       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) ::  vsus  !<
[1001]484
[1]485!
486!--    Compute horizontal diffusion
487       DO  k = nzb_v_outer(j,i)+1, nzt
488!
489!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]490          kmxp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
491          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]492
[1320]493          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
494                      & + ( kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx         &
495                      &   + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy         &
496                      &   - kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx             &
497                      &   - kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy             &
498                      &   ) * ddx                                              &
[1340]499                      & + 2.0_wp * (                                           &
[1320]500                      &           km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) )      &
501                      &         - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) )      &
[1340]502                      &            ) * ddy2
[1]503       ENDDO
504
505!
506!--    Wall functions at the left and right walls, respectively
[1340]507       IF ( wall_v(j,i) /= 0.0_wp )  THEN
[51]508
509!
510!--       Calculate the horizontal momentum flux v'u'
[1320]511          CALL wall_fluxes( i, j, nzb_v_inner(j,i)+1, nzb_v_outer(j,i),        &
512                            vsus, 0.0_wp, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
[51]513
[1]514          DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzb_v_outer(j,i)
[1340]515             kmxp = 0.25_wp *                                                  &
[978]516                    ( km(k,j,i)+km(k,j,i+1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i+1) )
[1340]517             kmxm = 0.25_wp *                                                  &
[978]518                    ( km(k,j,i)+km(k,j,i-1)+km(k,j-1,i)+km(k,j-1,i-1) )
[1]519
520             tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                         &
[1340]521                                 + 2.0_wp * (                                  &
[1]522                                       km(k,j,i)   * ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) &
523                                     - km(k,j-1,i) * ( v(k,j,i) - v(k,j-1,i) ) &
[1340]524                                            ) * ddy2                           &
[1]525                                 + (   fxp(j,i) * (                            &
[978]526                                  kmxp * ( v(k,j,i+1) - v(k,j,i)     ) * ddx   &
527                                + kmxp * ( u(k,j,i+1) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy   &
[1]528                                                  )                            &
529                                     - fxm(j,i) * (                            &
[978]530                                  kmxm * ( v(k,j,i) - v(k,j,i-1) ) * ddx       &
531                                + kmxm * ( u(k,j,i) - u(k,j-1,i) ) * ddy       &
[1]532                                                  )                            &
[51]533                                     + wall_v(j,i) * vsus(k)                   &
[1]534                                   ) * ddx
535          ENDDO
536       ENDIF
537
538!
539!--    Compute vertical diffusion. In case of simulating a Prandtl layer,
540!--    index k starts at nzb_v_inner+2.
[102]541       DO  k = nzb_diff_v(j,i), nzt_diff
[1]542!
543!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]544          kmzp = 0.25_wp * ( km(k,j,i)+km(k+1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k+1,j-1,i) )
545          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]546
[1320]547          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
548                      & + ( kmzp * ( ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i) ) * ddzu(k+1)     &
549                      &            + ( w(k,j,i) - w(k,j-1,i) ) * ddy           &
550                      &            )                                           &
551                      &   - kmzm * ( ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)   ) * ddzu(k)   &
552                      &            + ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy       &
553                      &            )                                           &
[1]554                      &   ) * ddzw(k)
555       ENDDO
556
557!
558!--    Vertical diffusion at the first grid point above the surface, if the
559!--    momentum flux at the bottom is given by the Prandtl law or if it is
560!--    prescribed by the user.
561!--    Difference quotient of the momentum flux is not formed over half of
562!--    the grid spacing (2.0*ddzw(k)) any more, since the comparison with
[1320]563!--    other (LES) models showed that the values of the momentum flux becomes
[1]564!--    too large in this case.
565!--    The term containing w(k-1,..) (see above equation) is removed here
566!--    because the vertical velocity is assumed to be zero at the surface.
567       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
568          k = nzb_v_inner(j,i)+1
569!
570!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]571          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]572
[1320]573          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
574                      & + ( kmzp * ( w(k,j,i) - w(k,j-1,i)     ) * ddy         &
575                      &   ) * ddzw(k)                                          &
576                      & + ( kmzp * ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)     ) * ddzu(k+1)   &
577                      &   + vsws(j,i)                                          &
[1]578                      &   ) * ddzw(k)
579       ENDIF
580
[102]581!
582!--    Vertical diffusion at the first gridpoint below the top boundary,
583!--    if the momentum flux at the top is prescribed by the user
[103]584       IF ( use_top_fluxes  .AND.  constant_top_momentumflux )  THEN
[102]585          k = nzt
586!
587!--       Interpolate eddy diffusivities on staggered gridpoints
[1340]588          kmzm = 0.25_wp * &
[102]589                 ( km(k,j,i)+km(k-1,j,i)+km(k,j-1,i)+km(k-1,j-1,i) )
590
[1320]591          tend(k,j,i) = tend(k,j,i)                                            &
592                      & - ( kmzm *  ( w(k-1,j,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy        &
593                      &   ) * ddzw(k)                                          &
594                      & + ( -vswst(j,i)                                        &
595                      &   - kmzm * ( v(k,j,i)   - v(k-1,j,i)    ) * ddzu(k)    &
[102]596                      &   ) * ddzw(k)
597       ENDIF
598
[1]599    END SUBROUTINE diffusion_v_ij
600
[1321]601 END MODULE diffusion_v_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.