source: palm/trunk/SOURCE/flow_statistics.f90 @ 4649

Last change on this file since 4649 was 4646, checked in by raasch, 4 years ago

files re-formatted to follow the PALM coding standard

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 116.8 KB
RevLine 
[1682]1!> @file flow_statistics.f90
[4646]2!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[2696]3! This file is part of the PALM model system.
[1036]4!
[4646]5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General
6! Public License as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
7! (at your option) any later version.
[1036]8!
[4646]9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the
10! implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General
11! Public License for more details.
[1036]12!
[4646]13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with PALM. If not, see
14! <http://www.gnu.org/licenses/>.
[1036]15!
[4360]16! Copyright 1997-2020 Leibniz Universitaet Hannover
[4646]17!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1036]18!
[254]19! Current revisions:
[3298]20! ------------------
[4646]21!
22!
[1739]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: flow_statistics.f90 4646 2020-08-24 16:02:40Z raasch $
[4646]26! file re-formatted to follow the PALM coding standard
27!
28! 4581 2020-06-29 08:49:58Z suehring
[4581]29! Formatting adjustment
[4646]30!
[4581]31! 4551 2020-06-02 10:22:25Z suehring
[4551]32! Bugfix in summation for statistical regions
[4646]33!
[4551]34! 4521 2020-05-06 11:39:49Z schwenkel
[4521]35! Rename variable
[4646]36!
[4521]37! 4502 2020-04-17 16:14:16Z schwenkel
[4502]38! Implementation of ice microphysics
[4646]39!
[4502]40! 4472 2020-03-24 12:21:00Z Giersch
[4472]41! Calculations of the Kolmogorov lengt scale eta implemented
42!
43! 4464 2020-03-17 11:08:46Z Giersch
[4464]44! Reset last change (r4463)
[4472]45!
[4464]46! 4463 2020-03-17 09:27:36Z Giersch
[4646]47! Calculate horizontally averaged profiles of all velocity components at the same place
[4464]48!
[4463]49! 4444 2020-03-05 15:59:50Z raasch
[4444]50! bugfix: cpp-directives for serial mode added
[4472]51!
[4444]52! 4442 2020-03-04 19:21:13Z suehring
[4646]53! Change order of dimension in surface array %frac to allow for better vectorization.
[4472]54!
[4442]55! 4441 2020-03-04 19:20:35Z suehring
[4646]56! Introduction of wall_flags_total_0, which currently sets bits based on static topography
57! information used in wall_flags_static_0
[4472]58!
[4346]59! 4329 2019-12-10 15:46:36Z motisi
[4329]60! Renamed wall_flags_0 to wall_flags_static_0
[4472]61!
[4329]62! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
[4182]63! Corrected "Former revisions" section
[4472]64!
[4182]65! 4131 2019-08-02 11:06:18Z monakurppa
[4131]66! Allow profile output for salsa variables.
[4472]67!
[4131]68! 4039 2019-06-18 10:32:41Z suehring
[4646]69! Correct conversion to kinematic scalar fluxes in case of pw-scheme and statistic regions
[4472]70!
[4039]71! 3828 2019-03-27 19:36:23Z raasch
[3828]72! unused variables removed
[4472]73!
[3828]74! 3676 2019-01-16 15:07:05Z knoop
[3651]75! Bugfix, terminate OMP Parallel block
[3298]76!
[4182]77! Revision 1.1  1997/08/11 06:15:17  raasch
78! Initial revision
79!
80!
[1]81! Description:
82! ------------
[4646]83!> Compute average profiles and further average flow quantities for the different user-defined
84!> (sub-)regions. The region indexed 0 is the total model domain.
[1682]85!>
[4646]86!> @note For simplicity, nzb_s_inner and nzb_diff_s_inner are used as a lower vertical index for
87!>       k-loops for all variables, although strictly speaking the k-loops would have to be split
88!>       up according to the staggered grid. However, this implies no error since staggered velocity
89!>       components are zero at the walls and inside buildings.
90!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1682]91 SUBROUTINE flow_statistics
[1]92
[3298]93
[4646]94    USE arrays_3d,                                                                                 &
95        ONLY:  ddzu, ddzw, d_exner, e, heatflux_output_conversion, hyp, km, kh,                    &
96               momentumflux_output_conversion, nc, ni, nr, p, prho, prr, pt, q, qc, qi, ql, qr,    &
97               rho_air, rho_air_zw, rho_ocean, s, sa, u, ug, v, vg, vpt, w, w_subs,                &
98               waterflux_output_conversion, zw
[3298]99
[4646]100    USE basic_constants_and_equations_mod,                                                         &
[3298]101        ONLY:  g, lv_d_cp
102
[4646]103    USE bulk_cloud_model_mod,                                                                      &
104        ONLY: bulk_cloud_model, microphysics_morrison, microphysics_seifert, microphysics_ice_phase
[3298]105
[4646]106    USE chem_modules,                                                                              &
[3298]107        ONLY:  max_pr_cs
108
[4646]109    USE control_parameters,                                                                        &
110        ONLY:   air_chemistry, average_count_pr, cloud_droplets, do_sum, dt_3d, humidity,          &
111                initializing_actions, kolmogorov_length_scale, land_surface, large_scale_forcing,  &
112                large_scale_subsidence, max_pr_salsa, max_pr_user, message_string, neutral,        &
113                ocean_mode, passive_scalar, salsa, simulated_time, simulated_time_at_begin,        &
114                use_subsidence_tendencies, use_surface_fluxes, use_top_fluxes, ws_scheme_mom,      &
115                ws_scheme_sca
[3298]116
[4646]117    USE cpulog,                                                                                    &
[1551]118        ONLY:   cpu_log, log_point
[3298]119
[4646]120    USE grid_variables,                                                                            &
[1551]121        ONLY:   ddx, ddy
[4472]122
[4646]123    USE indices,                                                                                   &
124        ONLY:   ngp_2dh, ngp_2dh_s_inner, ngp_3d, ngp_3d_inner, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt,      &
125                topo_min_level, wall_flags_total_0
[4444]126
127#if defined( __parallel )
[4646]128    USE indices,                                                                                   &
[4444]129        ONLY:  ngp_sums, ngp_sums_ls
130#endif
[4472]131
[1320]132    USE kinds
[4472]133
[4646]134    USE land_surface_model_mod,                                                                    &
[2232]135        ONLY:   m_soil_h, nzb_soil, nzt_soil, t_soil_h
[1551]136
[4646]137    USE lsf_nudging_mod,                                                                           &
[2320]138        ONLY:   td_lsa_lpt, td_lsa_q, td_sub_lpt, td_sub_q, time_vert
139
[4646]140    USE module_interface,                                                                          &
[3637]141        ONLY:  module_interface_statistics
142
[4646]143    USE netcdf_interface,                                                                          &
[2817]144        ONLY:  dots_rad, dots_soil, dots_max
[1783]145
[1]146    USE pegrid
[1551]147
[4646]148    USE radiation_model_mod,                                                                       &
149        ONLY:  radiation, radiation_scheme,                                                        &
150               rad_lw_in, rad_lw_out, rad_lw_cs_hr, rad_lw_hr,                                     &
[1691]151               rad_sw_in, rad_sw_out, rad_sw_cs_hr, rad_sw_hr
[1585]152
[1]153    USE statistics
154
[4646]155    USE surface_mod,                                                                               &
[3828]156        ONLY :  surf_def_h, surf_lsm_h, surf_usm_h
[1691]157
[2232]158
[1]159    IMPLICIT NONE
160
[1682]161    INTEGER(iwp) ::  i                   !<
162    INTEGER(iwp) ::  j                   !<
163    INTEGER(iwp) ::  k                   !<
[4472]164    INTEGER(iwp) ::  ki                  !<
[1738]165    INTEGER(iwp) ::  k_surface_level     !<
[4472]166    INTEGER(iwp) ::  m                   !< loop variable over all horizontal wall elements
[2232]167    INTEGER(iwp) ::  l                   !< loop variable over surface facing -- up- or downward-facing
[1682]168    INTEGER(iwp) ::  nt                  !<
[3241]169!$  INTEGER(iwp) ::  omp_get_thread_num  !<
[1682]170    INTEGER(iwp) ::  sr                  !<
171    INTEGER(iwp) ::  tn                  !<
[2232]172
[1682]173    LOGICAL ::  first  !<
[4472]174
175    REAL(wp) ::  dissipation      !< dissipation rate
176    REAL(wp) ::  dptdz_threshold  !<
177    REAL(wp) ::  du_dx            !< Derivative of u fluctuations with respect to x
178    REAL(wp) ::  du_dy            !< Derivative of u fluctuations with respect to y
179    REAL(wp) ::  du_dz            !< Derivative of u fluctuations with respect to z
180    REAL(wp) ::  dv_dx            !< Derivative of v fluctuations with respect to x
181    REAL(wp) ::  dv_dy            !< Derivative of v fluctuations with respect to y
182    REAL(wp) ::  dv_dz            !< Derivative of v fluctuations with respect to z
183    REAL(wp) ::  dw_dx            !< Derivative of w fluctuations with respect to x
184    REAL(wp) ::  dw_dy            !< Derivative of w fluctuations with respect to y
185    REAL(wp) ::  dw_dz            !< Derivative of w fluctuations with respect to z
186    REAL(wp) ::  eta              !< Kolmogorov length scale
[1682]187    REAL(wp) ::  fac              !<
[2232]188    REAL(wp) ::  flag             !<
[1682]189    REAL(wp) ::  height           !<
190    REAL(wp) ::  pts              !<
[4472]191    REAL(wp) ::  s11              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 11
192    REAL(wp) ::  s21              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 21
193    REAL(wp) ::  s31              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 31
194    REAL(wp) ::  s12              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 12
195    REAL(wp) ::  s22              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 22
196    REAL(wp) ::  s32              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 32
197    REAL(wp) ::  s13              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 13
198    REAL(wp) ::  s23              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 23
199    REAL(wp) ::  s33              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 33
[1682]200    REAL(wp) ::  sums_l_etot      !<
201    REAL(wp) ::  ust              !<
202    REAL(wp) ::  ust2             !<
203    REAL(wp) ::  u2               !<
204    REAL(wp) ::  vst              !<
205    REAL(wp) ::  vst2             !<
206    REAL(wp) ::  v2               !<
207    REAL(wp) ::  w2               !<
[4472]208
[1682]209    REAL(wp) ::  dptdz(nzb+1:nzt+1)    !<
210    REAL(wp) ::  sums_ll(nzb:nzt+1,2)  !<
[1]211
[4646]212
[1]213    CALL cpu_log( log_point(10), 'flow_statistics', 'start' )
214
[1221]215
[1]216!
[4646]217!-- To be on the safe side, check whether flow_statistics has already been called once after the
218!-- current time step.
[1]219    IF ( flow_statistics_called )  THEN
[254]220
[4646]221       message_string = 'flow_statistics is called two times within one ' // 'timestep'
[254]222       CALL message( 'flow_statistics', 'PA0190', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1007]223
[1]224    ENDIF
225
226!
227!-- Compute statistics for each (sub-)region
228    DO  sr = 0, statistic_regions
229
230!
231!--    Initialize (local) summation array
[1353]232       sums_l = 0.0_wp
[3658]233#ifdef _OPENACC
234       !$ACC KERNELS PRESENT(sums_l)
235       sums_l = 0.0_wp
236       !$ACC END KERNELS
237#endif
[1]238
239!
[4646]240!--    Store sums that have been computed in other subroutines in summation array
[1]241       sums_l(:,11,:) = sums_l_l(:,sr,:)      ! mixing length from diffusivities
[4472]242!--    WARNING: next line still has to be adjusted for OpenMP
[4646]243       sums_l(:,21,0) = sums_wsts_bc_l(:,sr) *                                                     &
[2037]244                        heatflux_output_conversion  ! heat flux from advec_s_bc
[87]245       sums_l(nzb+9,pr_palm,0)  = sums_divold_l(sr)  ! old divergence from pres
246       sums_l(nzb+10,pr_palm,0) = sums_divnew_l(sr)  ! new divergence from pres
[1]247
[667]248!
[4646]249!--    When calcuating horizontally-averaged total (resolved- plus subgrid-scale) vertical fluxes
250!--    and velocity variances by using commonly-applied Reynolds-based methods
251!--    ( e.g. <w'pt'> = (w-<w>)*(pt-<pt>) ) in combination with the 5th order advection scheme,
252!--    pronounced artificial kinks could be observed in the vertical profiles near the surface.
253!--    Please note: these kinks were not related to the model truth, i.e. these kinks are just
254!--    related to an evaluation problem.
255!--    In order avoid these kinks, vertical fluxes and horizontal as well vertical velocity
256!--    variances are calculated directly within the advection routines, according to the numerical
257!--    discretization, to evaluate the statistical quantities as they will appear within the
258!--    prognostic equations.
259!--    Copy the turbulent quantities, evaluated in the advection routines to the local array
260!--    sums_l() for further computations.
[743]261       IF ( ws_scheme_mom .AND. sr == 0 )  THEN
[696]262
[1007]263!
[4646]264!--       According to the Neumann bc for the horizontal velocity components, the corresponding
265!--       fluxes has to satisfiy the same bc.
[3294]266          IF ( ocean_mode )  THEN
[801]267             sums_us2_ws_l(nzt+1,:) = sums_us2_ws_l(nzt,:)
[1007]268             sums_vs2_ws_l(nzt+1,:) = sums_vs2_ws_l(nzt,:)
[673]269          ENDIF
[696]270
271          DO  i = 0, threads_per_task-1
[1007]272!
[696]273!--          Swap the turbulent quantities evaluated in advec_ws.
[4646]274             sums_l(:,13,i) = sums_wsus_ws_l(:,i) * momentumflux_output_conversion ! w*u*
275             sums_l(:,15,i) = sums_wsvs_ws_l(:,i) * momentumflux_output_conversion ! w*v*
276             sums_l(:,30,i) = sums_us2_ws_l(:,i)                                   ! u*2
277             sums_l(:,31,i) = sums_vs2_ws_l(:,i)                                   ! v*2
278             sums_l(:,32,i) = sums_ws2_ws_l(:,i)                                   ! w*2
279             sums_l(:,34,i) = sums_l(:,34,i) + 0.5_wp *                                            &
280                              ( sums_us2_ws_l(:,i) + sums_vs2_ws_l(:,i) + sums_ws2_ws_l(:,i) )  ! e*
[667]281          ENDDO
[696]282
[667]283       ENDIF
[696]284
[1567]285       IF ( ws_scheme_sca .AND. sr == 0 )  THEN
[696]286
287          DO  i = 0, threads_per_task-1
[4646]288             sums_l(:,17,i)                        = sums_wspts_ws_l(:,i)                          &
289                                                     * heatflux_output_conversion   ! w*pt*
290             IF ( ocean_mode     ) sums_l(:,66,i)  = sums_wssas_ws_l(:,i)           ! w*sa*
291             IF ( humidity       ) sums_l(:,49,i)  = sums_wsqs_ws_l(:,i)                           &
292                                                     * waterflux_output_conversion  ! w*q*
293             IF ( passive_scalar ) sums_l(:,114,i) = sums_wsss_ws_l(:,i)            ! w*s*
[696]294          ENDDO
295
[667]296       ENDIF
[4472]297!
[4464]298!--    Horizontally averaged profiles of horizontal velocities and temperature.
[4646]299!--    They must have been computed before, because they are already required for other horizontal
300!--    averages.
[1]301       tn = 0
[2232]302       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn, flag )
303       !$ tn = omp_get_thread_num()
[1]304       !$OMP DO
[3658]305       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k, flag) &
[4346]306       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, u, v, pt, rmask, sums_l)
[1]307       DO  i = nxl, nxr
308          DO  j =  nys, nyn
[2232]309             DO  k = nzb, nzt+1
[4346]310                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[3658]311                !$ACC ATOMIC
[4646]312                sums_l(k,1,tn)  = sums_l(k,1,tn)  + u(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]313                !$ACC ATOMIC
[4646]314                sums_l(k,2,tn)  = sums_l(k,2,tn)  + v(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]315                !$ACC ATOMIC
[4646]316                sums_l(k,4,tn)  = sums_l(k,4,tn)  + pt(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[1]317             ENDDO
318          ENDDO
319       ENDDO
[4464]320       !$ACC UPDATE HOST(sums_l(:,1,tn), sums_l(:,2,tn), sums_l(:,4,tn))
[1]321
322!
[96]323!--    Horizontally averaged profile of salinity
[3294]324       IF ( ocean_mode )  THEN
[96]325          !$OMP DO
326          DO  i = nxl, nxr
327             DO  j =  nys, nyn
[2232]328                DO  k = nzb, nzt+1
[4646]329                   sums_l(k,23,tn)  = sums_l(k,23,tn) + sa(k,j,i)                                  &
330                                      * rmask(j,i,sr)                                              &
331                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                                     &
332                                               BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[96]333                ENDDO
334             ENDDO
335          ENDDO
336       ENDIF
337
338!
[4646]339!--    Horizontally averaged profiles of virtual potential temperature, total water content, water
340!--    vapor mixing ratio and liquid water potential temperature
[75]341       IF ( humidity )  THEN
[1]342          !$OMP DO
343          DO  i = nxl, nxr
344             DO  j =  nys, nyn
[2232]345                DO  k = nzb, nzt+1
[4346]346                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[4646]347                   sums_l(k,44,tn)  = sums_l(k,44,tn) + vpt(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
348                   sums_l(k,41,tn)  = sums_l(k,41,tn) + q(k,j,i) * rmask(j,i,sr)   * flag
[1]349                ENDDO
350             ENDDO
351          ENDDO
[3274]352          IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[1]353             !$OMP DO
354             DO  i = nxl, nxr
355                DO  j =  nys, nyn
[2232]356                   DO  k = nzb, nzt+1
[4346]357                      flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[2232]358                      sums_l(k,42,tn) = sums_l(k,42,tn) +                      &
[4646]359                                        ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) * rmask(j,i,sr) * flag
360                      sums_l(k,43,tn) = sums_l(k,43,tn) + (                                        &
361                                           pt(k,j,i) + lv_d_cp * d_exner(k) * ql(k,j,i)            &
362                                                          ) * rmask(j,i,sr) * flag
[1]363                   ENDDO
364                ENDDO
365             ENDDO
366          ENDIF
367       ENDIF
368
369!
370!--    Horizontally averaged profiles of passive scalar
371       IF ( passive_scalar )  THEN
372          !$OMP DO
373          DO  i = nxl, nxr
374             DO  j =  nys, nyn
[2232]375                DO  k = nzb, nzt+1
[4646]376                   sums_l(k,115,tn)  = sums_l(k,115,tn) + s(k,j,i)                                 &
377                                       * rmask(j,i,sr)                                             &
378                                       * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                                    &
379                                                BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[1]380                ENDDO
381             ENDDO
382          ENDDO
383       ENDIF
384       !$OMP END PARALLEL
385!
386!--    Summation of thread sums
387       IF ( threads_per_task > 1 )  THEN
388          DO  i = 1, threads_per_task-1
389             sums_l(:,1,0) = sums_l(:,1,0) + sums_l(:,1,i)
390             sums_l(:,2,0) = sums_l(:,2,0) + sums_l(:,2,i)
391             sums_l(:,4,0) = sums_l(:,4,0) + sums_l(:,4,i)
[3294]392             IF ( ocean_mode )  THEN
[96]393                sums_l(:,23,0) = sums_l(:,23,0) + sums_l(:,23,i)
394             ENDIF
[75]395             IF ( humidity )  THEN
[1]396                sums_l(:,41,0) = sums_l(:,41,0) + sums_l(:,41,i)
397                sums_l(:,44,0) = sums_l(:,44,0) + sums_l(:,44,i)
[3274]398                IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[1]399                   sums_l(:,42,0) = sums_l(:,42,0) + sums_l(:,42,i)
400                   sums_l(:,43,0) = sums_l(:,43,0) + sums_l(:,43,i)
401                ENDIF
402             ENDIF
403             IF ( passive_scalar )  THEN
[2270]404                sums_l(:,115,0) = sums_l(:,115,0) + sums_l(:,115,i)
[1]405             ENDIF
406          ENDDO
407       ENDIF
408
409#if defined( __parallel )
410!
411!--    Compute total sum from local sums
[622]412       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]413       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,1,0), sums(nzb,1), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
414                           ierr )
[622]415       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]416       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,2,0), sums(nzb,2), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
417                           ierr )
[622]418       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]419       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,4,0), sums(nzb,4), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
420                           ierr )
[3294]421       IF ( ocean_mode )  THEN
[622]422          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]423          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,23,0), sums(nzb,23), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
424                              ierr )
[96]425       ENDIF
[75]426       IF ( humidity ) THEN
[622]427          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]428          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,44,0), sums(nzb,44), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
429                              ierr )
[622]430          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]431          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,41,0), sums(nzb,41), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
432                              ierr )
[3274]433          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
[622]434             IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]435             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,42,0), sums(nzb,42), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,     &
436                                 comm2d, ierr )
[622]437             IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]438             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,43,0), sums(nzb,43), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,     &
439                                 comm2d, ierr )
[1]440          ENDIF
441       ENDIF
442
443       IF ( passive_scalar )  THEN
[622]444          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]445          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,115,0), sums(nzb,115), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,      &
446                              comm2d, ierr )
[1]447       ENDIF
448#else
449       sums(:,1) = sums_l(:,1,0)
450       sums(:,2) = sums_l(:,2,0)
451       sums(:,4) = sums_l(:,4,0)
[3294]452       IF ( ocean_mode )  sums(:,23) = sums_l(:,23,0)
[75]453       IF ( humidity ) THEN
[1]454          sums(:,44) = sums_l(:,44,0)
455          sums(:,41) = sums_l(:,41,0)
[3274]456          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
[1]457             sums(:,42) = sums_l(:,42,0)
458             sums(:,43) = sums_l(:,43,0)
459          ENDIF
460       ENDIF
[2270]461       IF ( passive_scalar )  sums(:,115) = sums_l(:,115,0)
[1]462#endif
463
464!
[4646]465!--    Final values are obtained by division by the total number of grid points used for summation.
466!--    After that store profiles.
[132]467       sums(:,1) = sums(:,1) / ngp_2dh(sr)
468       sums(:,2) = sums(:,2) / ngp_2dh(sr)
469       sums(:,4) = sums(:,4) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
[1]470       hom(:,1,1,sr) = sums(:,1)             ! u
471       hom(:,1,2,sr) = sums(:,2)             ! v
472       hom(:,1,4,sr) = sums(:,4)             ! pt
[4464]473       !$ACC UPDATE DEVICE(hom(:,1,1,sr), hom(:,1,2,sr), hom(:,1,4,sr))
474
475
[1]476!
[96]477!--    Salinity
[3294]478       IF ( ocean_mode )  THEN
[132]479          sums(:,23) = sums(:,23) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
[96]480          hom(:,1,23,sr) = sums(:,23)             ! sa
481       ENDIF
482
483!
[1]484!--    Humidity and cloud parameters
[75]485       IF ( humidity ) THEN
[132]486          sums(:,44) = sums(:,44) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
487          sums(:,41) = sums(:,41) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
[1]488          hom(:,1,44,sr) = sums(:,44)             ! vpt
489          hom(:,1,41,sr) = sums(:,41)             ! qv (q)
[3274]490          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
[132]491             sums(:,42) = sums(:,42) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
492             sums(:,43) = sums(:,43) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
[1]493             hom(:,1,42,sr) = sums(:,42)             ! qv
494             hom(:,1,43,sr) = sums(:,43)             ! pt
495          ENDIF
496       ENDIF
497
498!
499!--    Passive scalar
[4646]500       IF ( passive_scalar )  hom(:,1,115,sr) = sums(:,115) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)  ! s
[1]501
502!
[4646]503!--    Horizontally averaged profiles of the remaining prognostic variables, variances, the total
504!--    and the perturbation energy (single values in last column of sums_l) and some diagnostic
505!--    quantities.
506!--    NOTE: for simplicity, nzb_s_inner is used below, although strictly speaking the following
507!--    ----  k-loop would have to be split up and rearranged according to the staggered grid.
508!--          However, this implies no error since staggered velocity components are zero at the
509!--          walls and inside buildings.
[1]510       tn = 0
[3241]511       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, pts, sums_ll,                          &
[1815]512       !$OMP                   sums_l_etot, tn, ust, ust2, u2, vst, vst2, v2,  &
[2232]513       !$OMP                   w2, flag, m, ki, l )
514       !$ tn = omp_get_thread_num()
[1]515       !$OMP DO
[3658]516       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j, k, m) &
[4472]517       !$ACC PRIVATE(sums_l_etot, flag, du_dx, du_dy, du_dz) &
518       !$ACC PRIVATE(dv_dx, dv_dy, dv_dz, dw_dx, dw_dy, dw_dz) &
519       !$ACC PRIVATE(s11, s21, s31, s12, s22, s32, s13, s23, s33) &
520       !$ACC PRIVATE(dissipation, eta) &
[4346]521       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, rmask, momentumflux_output_conversion) &
[4472]522       !$ACC PRESENT(hom(:,1,1:2,sr), hom(:,1,4,sr)) &
[3658]523       !$ACC PRESENT(e, u, v, w, km, kh, p, pt) &
[4472]524       !$ACC PRESENT(ddx, ddy, ddzu, ddzw) &
[3658]525       !$ACC PRESENT(surf_def_h(0), surf_lsm_h, surf_usm_h) &
526       !$ACC PRESENT(sums_l)
[1]527       DO  i = nxl, nxr
528          DO  j =  nys, nyn
[1353]529             sums_l_etot = 0.0_wp
[2232]530             DO  k = nzb, nzt+1
[4346]531                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[1]532!
533!--             Prognostic and diagnostic variables
[3658]534                !$ACC ATOMIC
[4646]535                sums_l(k,3,tn)  = sums_l(k,3,tn)  + w(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
[4464]536                !$ACC ATOMIC
[4646]537                sums_l(k,8,tn)  = sums_l(k,8,tn)  + e(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]538                !$ACC ATOMIC
[4646]539                sums_l(k,9,tn)  = sums_l(k,9,tn)  + km(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]540                !$ACC ATOMIC
[4646]541                sums_l(k,10,tn) = sums_l(k,10,tn) + kh(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]542                !$ACC ATOMIC
[4646]543                sums_l(k,40,tn) = sums_l(k,40,tn) + ( p(k,j,i)                                     &
544                                         / momentumflux_output_conversion(k) ) * flag
[1]545
[3658]546                !$ACC ATOMIC
[1]547                sums_l(k,33,tn) = sums_l(k,33,tn) + &
[4646]548                                  ( pt(k,j,i)-hom(k,1,4,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]549#ifndef _OPENACC
[624]550                IF ( humidity )  THEN
[4646]551                   sums_l(k,70,tn) = sums_l(k,70,tn) +                                             &
552                                     ( q(k,j,i)-hom(k,1,41,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
[624]553                ENDIF
[1960]554                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]555                   sums_l(k,116,tn) = sums_l(k,116,tn) +                                           &
556                                      ( s(k,j,i)-hom(k,1,115,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
[1960]557                ENDIF
[3658]558#endif
[699]559!
560!--             Higher moments
561!--             (Computation of the skewness of w further below)
[3658]562                !$ACC ATOMIC
[4646]563                sums_l(k,38,tn) = sums_l(k,38,tn) + w(k,j,i)**3 * rmask(j,i,sr) * flag
[667]564
[4646]565                sums_l_etot  = sums_l_etot + 0.5_wp * ( u(k,j,i)**2 + v(k,j,i)**2 + w(k,j,i)**2 )  &
566                                             * rmask(j,i,sr) * flag
[4472]567
[1]568!
[4646]569!--             Computation of the Kolmogorov length scale. Calculation is based on gradients of the
570!--             deviations from the horizontal mean.
[4472]571!--             Kolmogorov scale at the boundaries (k=0/z=0m and k=nzt+1) is set to zero.
572                IF ( kolmogorov_length_scale .AND. k /= nzb .AND. k /= nzt+1) THEN
573                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
574
575!
576!--                Calculate components of the fluctuating rate-of-strain tensor
[4646]577!--                (0.5*(del u'_i/del x_j + del u'_j/del x_i)) defined in the center of each grid
578!--                box.
579                   du_dx = ( ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                                      &
[4472]580                             ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) ) * ddx
[4646]581                   du_dy = 0.25_wp * ddy *                                                         &
582                           ( ( u(k,j+1,i) - hom(k,1,1,sr) ) -                                      &
583                             ( u(k,j-1,i) - hom(k,1,1,sr) ) +                                      &
584                             ( u(k,j+1,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                                    &
[4472]585                             ( u(k,j-1,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) )
[4646]586                   du_dz = 0.25_wp * ( ( ( u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) ) -                        &
587                                         ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) ) *                          &
588                                       ddzu(k+1) +                                                 &
589                                       ( ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) -                            &
590                                         ( u(k-1,j,i) - hom(k-1,1,1,sr) ) ) *                      &
591                                       ddzu(k) +                                                   &
592                                       ( ( u(k+1,j,i+1) - hom(k+1,1,1,sr) ) -                      &
593                                         ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) ) *                        &
594                                       ddzu(k+1) +                                                 &
595                                       ( ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                          &
596                                         ( u(k-1,j,i+1) - hom(k-1,1,1,sr) ) ) *                    &
597                                       ddzu(k) )
[4472]598
[4646]599                   dv_dx = 0.25_wp * ddx *                                                         &
600                           ( ( v(k,j,i+1) - hom(k,1,2,sr) ) -                                      &
601                             ( v(k,j,i-1) - hom(k,1,2,sr) ) +                                      &
602                             ( v(k,j+1,i+1) - hom(k,1,2,sr) ) -                                    &
[4472]603                             ( v(k,j+1,i-1) - hom(k,1,2,sr) ) )
[4646]604                   dv_dy = ( ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) - ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) * ddy
605                   dv_dz = 0.25_wp * ( ( ( v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) ) -                        &
606                                         ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) *                          &
607                                       ddzu(k+1) +                                                 &
608                                       ( ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) -                            &
609                                         ( v(k-1,j,i) - hom(k-1,1,2,sr) ) ) *                      &
610                                       ddzu(k) +                                                   &
611                                       ( ( v(k+1,j+1,i) - hom(k+1,1,2,sr) ) -                      &
612                                         ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) *                        &
613                                       ddzu(k+1) +                                                 &
614                                       ( ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) -                          &
615                                         ( v(k-1,j+1,i) - hom(k-1,1,2,sr) ) ) *                    &
616                                       ddzu(k) )
[4472]617
[4646]618                   dw_dx = 0.25_wp * ddx * ( w(k,j,i+1) - w(k,j,i-1) + w(k-1,j,i+1) - w(k-1,j,i-1) )
619                   dw_dy = 0.25_wp * ddy * ( w(k,j+1,i) - w(k,j-1,i) + w(k-1,j+1,i) - w(k-1,j-1,i) )
[4472]620                   dw_dz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k)
621
622                   s11 = 0.5_wp * ( du_dx + du_dx )
623                   s21 = 0.5_wp * ( dv_dx + du_dy )
624                   s31 = 0.5_wp * ( dw_dx + du_dz )
625
626                   s12 = s21
627                   s22 = 0.5 * ( dv_dy + dv_dy )
628                   s32 = 0.5 * ( dw_dy + dv_dz )
629
630                   s13 = s31
631                   s23 = s32
632                   s33 = 0.5_wp * ( dw_dz + dw_dz )
633
[4646]634!--                Calculate 3D instantaneous energy dissipation rate following Pope (2000):
635!--                Turbulent flows, p.259. It is defined in the center of each grid volume.
636                   dissipation = 2.0_wp * km(k,j,i) *                                              &
637                                ( s11*s11 + s21*s21 + s31*s31 +                                    &
638                                  s12*s12 + s22*s22 + s32*s32 +                                    &
639                                  s13*s13 + s23*s23 + s33*s33 )
[4472]640                   eta         = ( km(k,j,i)**3.0_wp / ( dissipation+1.0E-12 ) )**(1.0_wp/4.0_wp)
641
642                   !$ACC ATOMIC
[4646]643                   sums_l(k,121,tn) = sums_l(k,121,tn) + eta * rmask(j,i,sr) * flag
[4472]644
645
646                ENDIF !Kolmogorov length scale
647
648             ENDDO !k-loop
649!
[4646]650!--          Total and perturbation energy for the total domain (being collected in the last column
651!--          of sums_l). Summation of these quantities is seperated from the previous loop in order
652!--          to allow vectorization of that loop.
[3658]653             !$ACC ATOMIC
[87]654             sums_l(nzb+4,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+4,pr_palm,tn) + sums_l_etot
[1]655!
656!--          2D-arrays (being collected in the last column of sums_l)
[4646]657             IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
[2232]658                m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
[3658]659                !$ACC ATOMIC
[4646]660                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
661                                           surf_def_h(0)%us(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]662                !$ACC ATOMIC
[4646]663                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
664                                           surf_def_h(0)%usws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]665                !$ACC ATOMIC
[4646]666                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
667                                           surf_def_h(0)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]668                !$ACC ATOMIC
[4646]669                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
670                                           surf_def_h(0)%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]671#ifndef _OPENACC
[2232]672                IF ( humidity )  THEN
[4646]673                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
674                                               surf_def_h(0)%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
[2232]675                ENDIF
676                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]677                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
678                                               surf_def_h(0)%ss(m)   * rmask(j,i,sr)
[2232]679                ENDIF
[3658]680#endif
[2773]681!
682!--             Summation of surface temperature.
[3658]683                !$ACC ATOMIC
[4646]684                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn)   +                          &
685                                            surf_def_h(0)%pt_surface(m) * rmask(j,i,sr)
[197]686             ENDIF
[2696]687             IF ( surf_lsm_h%end_index(j,i) >= surf_lsm_h%start_index(j,i) )  THEN
[2232]688                m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
[3658]689                !$ACC ATOMIC
[4646]690                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
691                                           surf_lsm_h%us(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]692                !$ACC ATOMIC
[4646]693                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
694                                           surf_lsm_h%usws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]695                !$ACC ATOMIC
[4646]696                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
697                                           surf_lsm_h%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]698                !$ACC ATOMIC
[4646]699                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
700                                           surf_lsm_h%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]701#ifndef _OPENACC
[2232]702                IF ( humidity )  THEN
[4646]703                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
704                                               surf_lsm_h%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
[2232]705                ENDIF
706                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]707                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
708                                               surf_lsm_h%ss(m)   * rmask(j,i,sr)
[2232]709                ENDIF
[3658]710#endif
[2773]711!
712!--             Summation of surface temperature.
[3658]713                !$ACC ATOMIC
[4646]714                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) +                            &
715                                            surf_lsm_h%pt_surface(m) * rmask(j,i,sr)
[1960]716             ENDIF
[2696]717             IF ( surf_usm_h%end_index(j,i) >= surf_usm_h%start_index(j,i) )  THEN
718                m = surf_usm_h%start_index(j,i)
[3658]719                !$ACC ATOMIC
[4646]720                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
721                                           surf_usm_h%us(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]722                !$ACC ATOMIC
[4646]723                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
724                                           surf_usm_h%usws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]725                !$ACC ATOMIC
[4646]726                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
727                                           surf_usm_h%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]728                !$ACC ATOMIC
[4646]729                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
730                                           surf_usm_h%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]731#ifndef _OPENACC
[2232]732                IF ( humidity )  THEN
[4646]733                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
734                                               surf_usm_h%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
[2232]735                ENDIF
736                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]737                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
738                                               surf_usm_h%ss(m) * rmask(j,i,sr)
[2232]739                ENDIF
[3658]740#endif
[2773]741!
742!--             Summation of surface temperature.
[3658]743                !$ACC ATOMIC
[4646]744                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) +                            &
745                                            surf_usm_h%pt_surface(m)  * rmask(j,i,sr)
[2232]746             ENDIF
[4472]747          ENDDO !j-loop
748       ENDDO !i-loop
[3658]749       !$ACC UPDATE &
750       !$ACC HOST(sums_l(:,3,tn), sums_l(:,8,tn), sums_l(:,9,tn)) &
751       !$ACC HOST(sums_l(:,10,tn), sums_l(:,40,tn), sums_l(:,33,tn)) &
[4472]752       !$ACC HOST(sums_l(:,38,tn), sums_l(:,121,tn)) &
[3658]753       !$ACC HOST(sums_l(nzb:nzb+4,pr_palm,tn), sums_l(nzb+14:nzb+14,pr_palm,tn))
[1]754
755!
[4472]756!--    Computation of statistics when ws-scheme is not used. Else these
[667]757!--    quantities are evaluated in the advection routines.
[4646]758       IF ( .NOT. ws_scheme_mom .OR. sr /= 0 .OR. simulated_time == 0.0_wp )  THEN
[667]759          !$OMP DO
760          DO  i = nxl, nxr
761             DO  j =  nys, nyn
[2232]762                DO  k = nzb, nzt+1
[4346]763                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[2232]764
[667]765                   u2   = u(k,j,i)**2
766                   v2   = v(k,j,i)**2
767                   w2   = w(k,j,i)**2
768                   ust2 = ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )**2
769                   vst2 = ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )**2
770
[4646]771                   sums_l(k,30,tn) = sums_l(k,30,tn) + ust2 * rmask(j,i,sr) * flag
772                   sums_l(k,31,tn) = sums_l(k,31,tn) + vst2 * rmask(j,i,sr) * flag
773                   sums_l(k,32,tn) = sums_l(k,32,tn) + w2   * rmask(j,i,sr) * flag
[667]774!
[2026]775!--                Perturbation energy
[4646]776                   sums_l(k,34,tn) = sums_l(k,34,tn) +                                             &
777                                     0.5_wp * ( ust2 + vst2 + w2 ) * rmask(j,i,sr) * flag
[667]778                ENDDO
779             ENDDO
780          ENDDO
781       ENDIF
[2026]782!
[4646]783!--    Computaion of domain-averaged perturbation energy. Please note, to prevent that perturbation
784!--    energy is larger (even if only slightly) than the total kinetic energy, calculation is based
785!--    on deviations from the horizontal mean, instead of spatial descretization of the advection
[4472]786!--    term.
[2026]787       !$OMP DO
[3658]788       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k, flag, w2, ust2, vst2) &
[4346]789       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, u, v, w, rmask, hom(:,1,1:2,sr)) &
[3658]790       !$ACC PRESENT(sums_l)
[2026]791       DO  i = nxl, nxr
792          DO  j =  nys, nyn
[2232]793             DO  k = nzb, nzt+1
[4346]794                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[2232]795
[2026]796                w2   = w(k,j,i)**2
797                ust2 = ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )**2
798                vst2 = ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )**2
799                w2   = w(k,j,i)**2
[1241]800
[3658]801                !$ACC ATOMIC
[4646]802                sums_l(nzb+5,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+5,pr_palm,tn)                                &
803                                           + 0.5_wp * ( ust2 + vst2 + w2 ) * rmask(j,i,sr) * flag
[4472]804
[2026]805             ENDDO
806          ENDDO
807       ENDDO
[3658]808       !$ACC UPDATE HOST(sums_l(nzb+5:nzb+5,pr_palm,tn))
[2026]809
[667]810!
[1]811!--    Horizontally averaged profiles of the vertical fluxes
812       !$OMP DO
[3658]813       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j, k, l, m) &
814       !$ACC PRIVATE(ki, flag, ust, vst, pts) &
815       !$ACC PRESENT(kh, km, u, v, w, pt) &
[4346]816       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, rmask, ddzu, rho_air_zw, hom(:,1,1:4,sr)) &
[3658]817       !$ACC PRESENT(heatflux_output_conversion, momentumflux_output_conversion) &
818       !$ACC PRESENT(surf_def_h(0:2), surf_lsm_h, surf_usm_h) &
819       !$ACC PRESENT(sums_l)
[1]820       DO  i = nxl, nxr
821          DO  j = nys, nyn
822!
[4646]823!--          Subgridscale fluxes (without Prandtl layer from k=nzb, oterwise from k=nzb+1)
824!--          NOTE: for simplicity, nzb_diff_s_inner is used below, although strictly speaking the
825!--          ----  following k-loop would have to be split up according to the staggered grid.
826!--                However, this implies no error since staggered velocity components are zero at
827!--                the walls and inside buildings.
828!--          Flag 23 is used to mask surface fluxes as well as model-top fluxes, which are added
829!--          further below.
[2232]830             DO  k = nzb, nzt
[4646]831                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *           &
832                       MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
[1]833!
834!--             Momentum flux w"u"
[3658]835                !$ACC ATOMIC
[4646]836                sums_l(k,12,tn) = sums_l(k,12,tn) - 0.25_wp * (                                    &
837                                  km(k,j,i) + km(k+1,j,i) + km(k,j,i-1) + km(k+1,j,i-1)            &
838                                                              ) * (                                &
839                                      ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)                      &
840                                    + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx                            &
841                                                                  ) * rmask(j,i,sr)                &
842                                            * rho_air_zw(k)                                        &
843                                            * momentumflux_output_conversion(k)                    &
844                                            * flag
[1]845!
846!--             Momentum flux w"v"
[3658]847                !$ACC ATOMIC
[4646]848                sums_l(k,14,tn) = sums_l(k,14,tn) - 0.25_wp * (                                    &
849                                  km(k,j,i) + km(k+1,j,i) + km(k,j-1,i) + km(k+1,j-1,i)            &
850                                                              ) * (                                &
851                                      ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)                      &
852                                    + ( w(k,j,i)   - w(k,j-1,i) ) * ddy                            &
853                                                                  ) * rmask(j,i,sr)                &
854                                            * rho_air_zw(k)                                        &
855                                            * momentumflux_output_conversion(k)                    &
856                                            * flag
[1]857!
858!--             Heat flux w"pt"
[3658]859                !$ACC ATOMIC
[4646]860                sums_l(k,16,tn) = sums_l(k,16,tn)                                                  &
861                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
862                                               * ( pt(k+1,j,i) - pt(k,j,i) )                       &
863                                               * rho_air_zw(k)                                     &
864                                               * heatflux_output_conversion(k)                     &
865                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                         &
[2232]866                                               * flag
[1]867
868!
[96]869!--             Salinity flux w"sa"
[3658]870#ifndef _OPENACC
[3294]871                IF ( ocean_mode )  THEN
[4646]872                   sums_l(k,65,tn) = sums_l(k,65,tn)                                               &
873                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
874                                               * ( sa(k+1,j,i) - sa(k,j,i) )                       &
875                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                         &
[2232]876                                               * flag
[96]877                ENDIF
878
879!
[1]880!--             Buoyancy flux, water flux (humidity flux) w"q"
[75]881                IF ( humidity ) THEN
[4646]882                   sums_l(k,45,tn) = sums_l(k,45,tn)                                               &
883                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
884                                               * ( vpt(k+1,j,i) - vpt(k,j,i) )                     &
885                                               * rho_air_zw(k)                                     &
886                                               * heatflux_output_conversion(k)                     &
[2232]887                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
[4646]888                   sums_l(k,48,tn) = sums_l(k,48,tn)                                               &
889                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
890                                               * ( q(k+1,j,i) - q(k,j,i) )                         &
891                                               * rho_air_zw(k)                                     &
892                                               * waterflux_output_conversion(k)                    &
[2232]893                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
[1007]894
[3274]895                   IF ( bulk_cloud_model ) THEN
[4646]896                      sums_l(k,51,tn) = sums_l(k,51,tn)                                            &
897                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
898                                               * ( ( q(k+1,j,i) - ql(k+1,j,i) )                    &
899                                                - ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) )                       &
900                                               * rho_air_zw(k)                                     &
901                                               * waterflux_output_conversion(k)                    &
[2232]902                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
[1]903                   ENDIF
904                ENDIF
905
906!
907!--             Passive scalar flux
908                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]909                   sums_l(k,117,tn) = sums_l(k,117,tn)                                             &
910                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
911                                                  * ( s(k+1,j,i) - s(k,j,i) )                      &
912                                                  * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                      &
[2232]913                                                              * flag
[1]914                ENDIF
[3658]915#endif
[1]916
917             ENDDO
918
919!
920!--          Subgridscale fluxes in the Prandtl layer
921             IF ( use_surface_fluxes )  THEN
[2232]922                DO  l = 0, 1
[3658]923                   ! The original code using MERGE doesn't work with the PGI
924                   ! compiler when running on the GPU.
[3676]925                   ! This is submitted as a compiler Bug in PGI ticket TPR#26718
[3658]926                   ! ki = MERGE( -1, 0, l == 0 )
927                   ki = -1 + l
[2232]928                   IF ( surf_def_h(l)%ns >= 1 )  THEN
[4646]929                      DO  m = surf_def_h(l)%start_index(j,i),                                      &
[2696]930                              surf_def_h(l)%end_index(j,i)
[2232]931                         k = surf_def_h(l)%k(m)
932
[3658]933                         !$ACC ATOMIC
[4646]934                         sums_l(k+ki,12,tn) = sums_l(k+ki,12,tn) +                                 &
935                                              momentumflux_output_conversion(k+ki) *               &
936                                              surf_def_h(l)%usws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"u"
[3658]937                         !$ACC ATOMIC
[4646]938                         sums_l(k+ki,14,tn) = sums_l(k+ki,14,tn) +                                 &
939                                              momentumflux_output_conversion(k+ki) *               &
940                                              surf_def_h(l)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"v"
[3658]941                         !$ACC ATOMIC
[4646]942                         sums_l(k+ki,16,tn) = sums_l(k+ki,16,tn) +                                 &
943                                              heatflux_output_conversion(k+ki) *                   &
944                                              surf_def_h(l)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)     ! w"pt"
[3658]945#if 0
[4646]946                         sums_l(k+ki,58,tn) = sums_l(k+ki,58,tn) +                                 &
947                                              0.0_wp * rmask(j,i,sr)                    ! u"pt"
948                         sums_l(k+ki,61,tn) = sums_l(k+ki,61,tn) +                                 &
949                                              0.0_wp * rmask(j,i,sr)                    ! v"pt"
[3658]950#endif
951#ifndef _OPENACC
[3294]952                         IF ( ocean_mode )  THEN
[4646]953                            sums_l(k+ki,65,tn) = sums_l(k+ki,65,tn) +                              &
954                                                 surf_def_h(l)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
[2232]955                         ENDIF
956                         IF ( humidity )  THEN
[4646]957                            sums_l(k+ki,48,tn) = sums_l(k+ki,48,tn) +                              &
958                                                 waterflux_output_conversion(k+ki) *               &
959                                                 surf_def_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"q" (w"qv")
960                            sums_l(k+ki,45,tn) = sums_l(k+ki,45,tn) +  (                           &
961                                                 ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(k+ki,j,i) ) *              &
962                                                 surf_def_h(l)%shf(m) + 0.61_wp * pt(k+ki,j,i) *   &
963                                                 surf_def_h(l)%qsws(m) )                           &
964                                                 * heatflux_output_conversion(k+ki)
[2232]965                            IF ( cloud_droplets )  THEN
[4646]966                               sums_l(k+ki,45,tn) = sums_l(k+ki,45,tn) +      (                    &
967                                                    ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(k+ki,j,i) -             &
968                                                      ql(k+ki,j,i) ) * surf_def_h(l)%shf(m) +      &
969                                                      0.61_wp * pt(k+ki,j,i)                       &
970                                                      * surf_def_h(l)%qsws(m) )                    &
971                                                    * heatflux_output_conversion(k+ki)
[2232]972                            ENDIF
[3274]973                            IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[2232]974!
975!--                            Formula does not work if ql(k+ki) /= 0.0
[4646]976                               sums_l(k+ki,51,tn) = sums_l(k+ki,51,tn) +                           &
977                                                    waterflux_output_conversion(k+ki) *            &
978                                                    surf_def_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
[2232]979                            ENDIF
980                         ENDIF
981                         IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]982                            sums_l(k+ki,117,tn) = sums_l(k+ki,117,tn) +                            &
983                                                  surf_def_h(l)%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
[2232]984                         ENDIF
[3658]985#endif
[2232]986
987                      ENDDO
988
989                   ENDIF
990                ENDDO
[4646]991                IF ( surf_lsm_h%end_index(j,i) >= surf_lsm_h%start_index(j,i) )  THEN
[2232]992                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
[3658]993                   !$ACC ATOMIC
[4646]994                   sums_l(nzb,12,tn) = sums_l(nzb,12,tn) +                                         &
995                                       momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
996                                       surf_lsm_h%usws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"u"
[3658]997                   !$ACC ATOMIC
[4646]998                   sums_l(nzb,14,tn) = sums_l(nzb,14,tn) +                                         &
999                                       momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1000                                       surf_lsm_h%vsws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"v"
[3658]1001                   !$ACC ATOMIC
[4646]1002                   sums_l(nzb,16,tn) = sums_l(nzb,16,tn) +                                         &
1003                                       heatflux_output_conversion(nzb) *                           &
1004                                       surf_lsm_h%shf(m)  * rmask(j,i,sr)     ! w"pt"
[3658]1005#if 0
[4646]1006                   sums_l(nzb,58,tn) = sums_l(nzb,58,tn) +                                         &
1007                                       0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! u"pt"
1008                   sums_l(nzb,61,tn) = sums_l(nzb,61,tn) +                                         &
1009                                       0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! v"pt"
[3658]1010#endif
1011#ifndef _OPENACC
[3294]1012                   IF ( ocean_mode )  THEN
[4646]1013                      sums_l(nzb,65,tn) = sums_l(nzb,65,tn) +                                      &
1014                                          surf_lsm_h%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
[2232]1015                   ENDIF
1016                   IF ( humidity )  THEN
[4646]1017                      sums_l(nzb,48,tn) = sums_l(nzb,48,tn) +                                      &
1018                                          waterflux_output_conversion(nzb) *                       &
1019                                          surf_lsm_h%qsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"q" (w"qv")
1020                      sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                    &
1021                                          ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) ) * surf_lsm_h%shf(m) +  &
1022                                            0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_lsm_h%qsws(m) )           &
1023                                          * heatflux_output_conversion(nzb)
[2232]1024                      IF ( cloud_droplets )  THEN
[4646]1025                         sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                 &
1026                                             ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) -                     &
1027                                               ql(nzb,j,i) ) * surf_lsm_h%shf(m) +                 &
1028                                               0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_lsm_h%qsws(m) )        &
1029                                             * heatflux_output_conversion(nzb)
[2232]1030                      ENDIF
[3274]1031                      IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[2232]1032!
1033!--                      Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
[4646]1034                         sums_l(nzb,51,tn) = sums_l(nzb,51,tn) +                                   &
1035                                             waterflux_output_conversion(nzb) *                    &
1036                                             surf_lsm_h%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
[2232]1037                      ENDIF
1038                   ENDIF
1039                   IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]1040                      sums_l(nzb,117,tn) = sums_l(nzb,117,tn) +                                    &
1041                                           surf_lsm_h%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
[2232]1042                   ENDIF
[3658]1043#endif
[2232]1044
[96]1045                ENDIF
[4646]1046                IF ( surf_usm_h%end_index(j,i) >= surf_usm_h%start_index(j,i) )  THEN
[2232]1047                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
[3658]1048                   !$ACC ATOMIC
[4646]1049                   sums_l(nzb,12,tn) = sums_l(nzb,12,tn) +                                         &
1050                                       momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1051                                       surf_usm_h%usws(m) * rmask(j,i,sr)                ! w"u"
[3658]1052                   !$ACC ATOMIC
[4646]1053                   sums_l(nzb,14,tn) = sums_l(nzb,14,tn) +                                         &
1054                                       momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1055                                       surf_usm_h%vsws(m) * rmask(j,i,sr)                ! w"v"
[3658]1056                   !$ACC ATOMIC
[4646]1057                   sums_l(nzb,16,tn) = sums_l(nzb,16,tn) +                                         &
1058                                       heatflux_output_conversion(nzb) *                           &
1059                                       surf_usm_h%shf(m)  * rmask(j,i,sr)                ! w"pt"
[3658]1060#if 0
[4646]1061                   sums_l(nzb,58,tn) = sums_l(nzb,58,tn) + 0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! u"pt"
1062                   sums_l(nzb,61,tn) = sums_l(nzb,61,tn) + 0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! v"pt"
[3658]1063#endif
1064#ifndef _OPENACC
[3294]1065                   IF ( ocean_mode )  THEN
[4646]1066                      sums_l(nzb,65,tn) = sums_l(nzb,65,tn) +                                      &
1067                                          surf_usm_h%sasws(m) * rmask(j,i,sr)            ! w"sa"
[2232]1068                   ENDIF
1069                   IF ( humidity )  THEN
[4646]1070                      sums_l(nzb,48,tn) = sums_l(nzb,48,tn) +                                      &
1071                                          waterflux_output_conversion(nzb) *                       &
1072                                          surf_usm_h%qsws(m) * rmask(j,i,sr)             ! w"q" (w"qv")
1073                      sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                    &
1074                                          ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) ) *                      &
1075                                          surf_usm_h%shf(m) + 0.61_wp * pt(nzb,j,i) *              &
1076                                          surf_usm_h%qsws(m)  )                                    &
1077                                          * heatflux_output_conversion(nzb)
[2232]1078                      IF ( cloud_droplets )  THEN
[4646]1079                         sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                 &
1080                                             ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) -                     &
1081                                              ql(nzb,j,i) ) * surf_usm_h%shf(m) +                  &
1082                                              0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_usm_h%qsws(m) )         &
1083                                             * heatflux_output_conversion(nzb)
[2232]1084                      ENDIF
[3274]1085                      IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[1]1086!
[2232]1087!--                      Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
[4646]1088                         sums_l(nzb,51,tn) = sums_l(nzb,51,tn) +                                   &
1089                                             waterflux_output_conversion(nzb) *                    &
1090                                             surf_usm_h%qsws(m) * rmask(j,i,sr)          ! w"q" (w"qv")
[2232]1091                      ENDIF
[1]1092                   ENDIF
[2232]1093                   IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]1094                      sums_l(nzb,117,tn) = sums_l(nzb,117,tn) +                                    &
1095                                           surf_usm_h%ssws(m) * rmask(j,i,sr)            ! w"s"
[2232]1096                   ENDIF
[3658]1097#endif
[2232]1098
[1]1099                ENDIF
[2232]1100
[1]1101             ENDIF
1102
[3658]1103#ifndef _OPENACC
[1691]1104             IF ( .NOT. neutral )  THEN
[4646]1105                IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
[2232]1106                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
[4646]1107                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_def_h(0)%ol(m) * rmask(j,i,sr) ! L
[2232]1108                ENDIF
[4646]1109                IF ( surf_lsm_h%end_index(j,i) >= surf_lsm_h%start_index(j,i) )  THEN
[2232]1110                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
[4646]1111                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_lsm_h%ol(m)    * rmask(j,i,sr) ! L
[2232]1112                ENDIF
[4646]1113                IF ( surf_usm_h%end_index(j,i) >= surf_usm_h%start_index(j,i) )  THEN
[2232]1114                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
[4646]1115                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_usm_h%ol(m)    * rmask(j,i,sr) ! L
[2232]1116                ENDIF
[1691]1117             ENDIF
1118
[2296]1119             IF ( radiation )  THEN
[4646]1120                IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
[2696]1121                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
[4646]1122                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
1123                                        surf_def_h(0)%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
1124                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
1125                                        surf_def_h(0)%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1126                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
[2696]1127                                        surf_def_h(0)%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
[4646]1128                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
1129                                        surf_def_h(0)%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1130                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
[2696]1131                                        surf_def_h(0)%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1132                ENDIF
[4646]1133                IF ( surf_lsm_h%end_index(j,i) >= surf_lsm_h%start_index(j,i) )  THEN
[2696]1134                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
[4646]1135                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
1136                                        surf_lsm_h%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
1137                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
1138                                        surf_lsm_h%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1139                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
[2696]1140                                        surf_lsm_h%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
[4646]1141                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
1142                                        surf_lsm_h%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1143                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
[2696]1144                                        surf_lsm_h%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1145                ENDIF
[4646]1146                IF ( surf_usm_h%end_index(j,i) >= surf_usm_h%start_index(j,i) )  THEN
[2696]1147                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
[4646]1148                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
1149                                        surf_usm_h%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
1150                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
1151                                        surf_usm_h%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1152                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
[2696]1153                                        surf_usm_h%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
[4646]1154                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
1155                                        surf_usm_h%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1156                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
[2696]1157                                        surf_usm_h%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1158                ENDIF
[1585]1159
1160#if defined ( __rrtmg )
1161                IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
[2696]1162
[4646]1163                   IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
[2696]1164                      m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
[4646]1165                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
1166                                            surf_def_h(0)%rrtm_aldif(m,0) * rmask(j,i,sr)
1167                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
1168                                           surf_def_h(0)%rrtm_aldir(m,0) * rmask(j,i,sr)
1169                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
1170                                           surf_def_h(0)%rrtm_asdif(m,0) * rmask(j,i,sr)
1171                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
1172                                           surf_def_h(0)%rrtm_asdir(m,0) * rmask(j,i,sr)
[2696]1173                   ENDIF
[4646]1174                   IF ( surf_lsm_h%end_index(j,i) >= surf_lsm_h%start_index(j,i) )  THEN
[2696]1175                      m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
[4646]1176                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
1177                                            SUM( surf_lsm_h%frac(m,:) *                            &
1178                                                 surf_lsm_h%rrtm_aldif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1179                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
1180                                           SUM( surf_lsm_h%frac(m,:) *                             &
1181                                                surf_lsm_h%rrtm_aldir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1182                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
1183                                           SUM( surf_lsm_h%frac(m,:) *                             &
1184                                                surf_lsm_h%rrtm_asdif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1185                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
1186                                           SUM( surf_lsm_h%frac(m,:) *                             &
1187                                                surf_lsm_h%rrtm_asdir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
[2696]1188                   ENDIF
[4646]1189                   IF ( surf_usm_h%end_index(j,i) >= surf_usm_h%start_index(j,i) )  THEN
[2696]1190                      m = surf_usm_h%start_index(j,i)
[4646]1191                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
1192                                            SUM( surf_usm_h%frac(m,:) *                            &
1193                                                 surf_usm_h%rrtm_aldif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1194                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
1195                                           SUM( surf_usm_h%frac(m,:) *                             &
1196                                                surf_usm_h%rrtm_aldir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1197                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
1198                                           SUM( surf_usm_h%frac(m,:) *                             &
1199                                                surf_usm_h%rrtm_asdif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1200                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
1201                                           SUM( surf_usm_h%frac(m,:) *                             &
1202                                                surf_usm_h%rrtm_asdir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
[2696]1203                   ENDIF
1204
[1585]1205                ENDIF
1206#endif
[1551]1207             ENDIF
[3658]1208#endif
[1]1209!
[19]1210!--          Subgridscale fluxes at the top surface
1211             IF ( use_top_fluxes )  THEN
[2232]1212                m = surf_def_h(2)%start_index(j,i)
[3658]1213                !$ACC ATOMIC
[4646]1214                sums_l(nzt,12,tn) = sums_l(nzt,12,tn) +                                            &
1215                                    momentumflux_output_conversion(nzt) *                          &
[2232]1216                                    surf_def_h(2)%usws(m) * rmask(j,i,sr)    ! w"u"
[3658]1217                !$ACC ATOMIC
[4646]1218                sums_l(nzt+1,12,tn) = sums_l(nzt+1,12,tn) +                                        &
1219                                      momentumflux_output_conversion(nzt+1) *                      &
1220                                      surf_def_h(2)%usws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"u"
[3658]1221                !$ACC ATOMIC
[4646]1222                sums_l(nzt,14,tn) = sums_l(nzt,14,tn) +                                            &
1223                                    momentumflux_output_conversion(nzt) *                          &
[2232]1224                                    surf_def_h(2)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)    ! w"v"
[3658]1225                !$ACC ATOMIC
[4646]1226                sums_l(nzt+1,14,tn) = sums_l(nzt+1,14,tn) +                                        &
1227                                      momentumflux_output_conversion(nzt+1) *                      &
1228                                      surf_def_h(2)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"v"
[3658]1229                !$ACC ATOMIC
[4646]1230                sums_l(nzt,16,tn) = sums_l(nzt,16,tn) +                                            &
1231                                    heatflux_output_conversion(nzt) *                              &
1232                                    surf_def_h(2)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)    ! w"pt"
[3658]1233                !$ACC ATOMIC
[4646]1234                sums_l(nzt+1,16,tn) = sums_l(nzt+1,16,tn) +                                        &
1235                                      heatflux_output_conversion(nzt+1) *                          &
1236                                      surf_def_h(2)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)  ! w"pt"
[3658]1237#if 0
[4646]1238                sums_l(nzt:nzt+1,58,tn) = sums_l(nzt:nzt+1,58,tn) +                                &
1239                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)             ! u"pt"
1240                sums_l(nzt:nzt+1,61,tn) = sums_l(nzt:nzt+1,61,tn) +                                &
1241                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)             ! v"pt"
[3658]1242#endif
1243#ifndef _OPENACC
[3294]1244                IF ( ocean_mode )  THEN
[96]1245                   sums_l(nzt,65,tn) = sums_l(nzt,65,tn) + &
[2232]1246                                       surf_def_h(2)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
[96]1247                ENDIF
[75]1248                IF ( humidity )  THEN
[4646]1249                   sums_l(nzt,48,tn) = sums_l(nzt,48,tn) +                                         &
1250                                       waterflux_output_conversion(nzt) *                          &
[2232]1251                                       surf_def_h(2)%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
[4646]1252                   sums_l(nzt,45,tn) = sums_l(nzt,45,tn) +   (                                     &
1253                                       ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzt,j,i) ) *                         &
1254                                       surf_def_h(2)%shf(m) +                                      &
1255                                       0.61_wp * pt(nzt,j,i) *                                     &
1256                                       surf_def_h(2)%qsws(m) )                                     &
[2037]1257                                       * heatflux_output_conversion(nzt)
[1007]1258                   IF ( cloud_droplets )  THEN
[4646]1259                      sums_l(nzt,45,tn) = sums_l(nzt,45,tn) +    (                                 &
1260                                          ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzt,j,i) -                        &
1261                                            ql(nzt,j,i) ) *                                        &
1262                                            surf_def_h(2)%shf(m) +                                 &
1263                                           0.61_wp * pt(nzt,j,i) *                                 &
1264                                           surf_def_h(2)%qsws(m) )                                 &
[2037]1265                                           * heatflux_output_conversion(nzt)
[1007]1266                   ENDIF
[3274]1267                   IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[19]1268!
1269!--                   Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
[4646]1270                      sums_l(nzt,51,tn) = sums_l(nzt,51,tn) +              &  ! w"q" (w"qv")
1271                                          waterflux_output_conversion(nzt) *                       &
[2232]1272                                          surf_def_h(2)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)
[19]1273                   ENDIF
1274                ENDIF
1275                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]1276                   sums_l(nzt,117,tn) = sums_l(nzt,117,tn) +                                       &
[2232]1277                                        surf_def_h(2)%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
[19]1278                ENDIF
[3658]1279#endif
[19]1280             ENDIF
1281
1282!
[1]1283!--          Resolved fluxes (can be computed for all horizontal points)
[4646]1284!--          NOTE: for simplicity, nzb_s_inner is used below, although strictly speaking the
1285!--          ----  following k-loop would have to be split up and rearranged according to the
1286!--                staggered grid.
[2232]1287             DO  k = nzb, nzt
[4346]1288                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[4646]1289                ust = 0.5_wp * ( u(k,j,i)   - hom(k,1,1,sr) +                                      &
[1353]1290                                 u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) )
[4646]1291                vst = 0.5_wp * ( v(k,j,i)   - hom(k,1,2,sr) +                                      &
[1353]1292                                 v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) )
[4646]1293                pts = 0.5_wp * ( pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) +                                     &
[1353]1294                                 pt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,4,sr) )
[4646]1295!
[1]1296!--             Higher moments
[3658]1297                !$ACC ATOMIC
[4646]1298                sums_l(k,35,tn) = sums_l(k,35,tn) + pts * w(k,j,i)**2 * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]1299                !$ACC ATOMIC
[4646]1300                sums_l(k,36,tn) = sums_l(k,36,tn) + pts**2 * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[1]1301
1302!
[4646]1303!--             Salinity flux and density (density does not belong to here, but so far there is no
1304!--             other suitable place to calculate)
[3658]1305#ifndef _OPENACC
[3294]1306                IF ( ocean_mode )  THEN
[1567]1307                   IF( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 )  THEN
[4646]1308                      pts = 0.5_wp * ( sa(k,j,i)   - hom(k,1,23,sr) +                              &
[1353]1309                                       sa(k+1,j,i) - hom(k+1,1,23,sr) )
[4646]1310                      sums_l(k,66,tn) = sums_l(k,66,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
[2232]1311                                        rmask(j,i,sr) * flag
[667]1312                   ENDIF
[4646]1313                   sums_l(k,64,tn) = sums_l(k,64,tn) + rho_ocean(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1314                   sums_l(k,71,tn) = sums_l(k,71,tn) + prho(k,j,i)      * rmask(j,i,sr) * flag
[96]1315                ENDIF
1316
1317!
[4646]1318!--             Buoyancy flux, water flux, humidity flux, liquid water content, rain drop
1319!--             concentration and rain water content
[75]1320                IF ( humidity )  THEN
[4646]1321                   IF ( bulk_cloud_model  .OR.  cloud_droplets )  THEN
1322                      pts = 0.5_wp * ( vpt(k,j,i)   - hom(k,1,44,sr) +                             &
1323                                       vpt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,44,sr) )
1324                      sums_l(k,46,tn) = sums_l(k,46,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
1325                                                          rho_air_zw(k) *                          &
1326                                                          heatflux_output_conversion(k) *          &
[2232]1327                                                          rmask(j,i,sr) * flag
[4646]1328                      sums_l(k,54,tn) = sums_l(k,54,tn) + ql(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[1822]1329
[1053]1330                      IF ( .NOT. cloud_droplets )  THEN
[4646]1331                         pts = 0.5_wp *                                                            &
1332                               ( ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) -                                        &
1333                               hom(k,1,42,sr) +                                                    &
1334                               ( q(k+1,j,i) - ql(k+1,j,i) ) -                                      &
1335                               hom(k+1,1,42,sr) )
1336                         sums_l(k,52,tn) = sums_l(k,52,tn) + pts * w(k,j,i) *                      &
1337                                             rho_air_zw(k) *                                       &
1338                                             waterflux_output_conversion(k) *                      &
1339                                             rmask(j,i,sr) * flag
1340                         sums_l(k,75,tn) = sums_l(k,75,tn) + qc(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
1341                         sums_l(k,76,tn) = sums_l(k,76,tn) + prr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[2292]1342                         IF ( microphysics_morrison )  THEN
[4646]1343                            sums_l(k,123,tn) = sums_l(k,123,tn) + nc(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[2292]1344                         ENDIF
[4521]1345                         IF ( microphysics_ice_phase )  THEN
[4646]1346                            sums_l(k,124,tn) = sums_l(k,124,tn) + ni(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1347                            sums_l(k,125,tn) = sums_l(k,125,tn) + qi(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[4502]1348                         ENDIF
1349
[1822]1350                         IF ( microphysics_seifert )  THEN
[4646]1351                            sums_l(k,73,tn) = sums_l(k,73,tn) + nr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1352                            sums_l(k,74,tn) = sums_l(k,74,tn) + qr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[1053]1353                         ENDIF
1354                      ENDIF
[1822]1355
[1007]1356                   ELSE
[4646]1357                      IF( .NOT. ws_scheme_sca  .OR.  sr /= 0 )  THEN
1358                         pts = 0.5_wp * ( vpt(k,j,i)   - hom(k,1,44,sr) +                          &
[1353]1359                                          vpt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,44,sr) )
[4646]1360                         sums_l(k,46,tn) = sums_l(k,46,tn) + pts * w(k,j,i) *                      &
1361                                                             rho_air_zw(k)  *                      &
1362                                                             heatflux_output_conversion(k) *       &
1363                                                             rmask(j,i,sr)  * flag
1364                      ELSE IF ( ws_scheme_sca  .AND.  sr == 0 )  THEN
1365                         sums_l(k,46,tn) = ( ( 1.0_wp + 0.61_wp *                                  &
1366                                               hom(k,1,41,sr) ) *                                  &
1367                                             sums_l(k,17,tn) +                                     &
1368                                             0.61_wp * hom(k,1,4,sr) *                             &
1369                                             sums_l(k,49,tn)                                       &
1370                                           ) * heatflux_output_conversion(k) * flag
[1007]1371                      END IF
1372                   END IF
[1]1373                ENDIF
1374!
1375!--             Passive scalar flux
[4646]1376                IF ( passive_scalar  .AND.  ( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 ) )  THEN
1377                   pts = 0.5_wp * ( s(k,j,i)   - hom(k,1,115,sr) +                                 &
[2270]1378                                    s(k+1,j,i) - hom(k+1,1,115,sr) )
[4646]1379                   sums_l(k,114,tn) = sums_l(k,114,tn) + pts * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[1]1380                ENDIF
[3658]1381#endif
[1]1382
1383!
1384!--             Energy flux w*e*
[667]1385!--             has to be adjusted
[3658]1386                !$ACC ATOMIC
[4646]1387                sums_l(k,37,tn) = sums_l(k,37,tn) + w(k,j,i) * 0.5_wp *                            &
1388                                                    ( ust**2 + vst**2 + w(k,j,i)**2 )              &
1389                                                    * rho_air_zw(k)                                &
1390                                                    * momentumflux_output_conversion(k)            &
1391                                                    * rmask(j,i,sr) * flag
[1]1392             ENDDO
1393          ENDDO
1394       ENDDO
[2232]1395       !$OMP END PARALLEL
[3658]1396
1397       !$ACC UPDATE &
1398       !$ACC HOST(sums_l(:,12,tn), sums_l(:,14,tn), sums_l(:,16,tn)) &
1399       !$ACC HOST(sums_l(:,35,tn), sums_l(:,36,tn), sums_l(:,37,tn))
[709]1400!
[4472]1401!--    Treat land-surface quantities according to new wall model structure.
[2232]1402       IF ( land_surface )  THEN
1403          tn = 0
1404          !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, m, tn )
1405          !$ tn = omp_get_thread_num()
1406          !$OMP DO
1407          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
1408             i = surf_lsm_h%i(m)
1409             j = surf_lsm_h%j(m)
[4472]1410
[4646]1411             IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.  j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
[4551]1412                sums_l(nzb,93,tn)  = sums_l(nzb,93,tn) + surf_lsm_h%ghf(m)       * rmask(j,i,sr)
1413                sums_l(nzb,94,tn)  = sums_l(nzb,94,tn) + surf_lsm_h%qsws_liq(m)  * rmask(j,i,sr)
1414                sums_l(nzb,95,tn)  = sums_l(nzb,95,tn) + surf_lsm_h%qsws_soil(m) * rmask(j,i,sr)
1415                sums_l(nzb,96,tn)  = sums_l(nzb,96,tn) + surf_lsm_h%qsws_veg(m)  * rmask(j,i,sr)
1416                sums_l(nzb,97,tn)  = sums_l(nzb,97,tn) + surf_lsm_h%r_a(m)       * rmask(j,i,sr)
1417                sums_l(nzb,98,tn)  = sums_l(nzb,98,tn) + surf_lsm_h%r_s(m)       * rmask(j,i,sr)
[2232]1418             ENDIF
1419          ENDDO
1420          !$OMP END PARALLEL
1421
1422          tn = 0
1423          !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, m, tn )
1424          !$ tn = omp_get_thread_num()
1425          !$OMP DO
1426          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
1427
[4472]1428             i = surf_lsm_h%i(m)
[2232]1429             j = surf_lsm_h%j(m)
1430
[4646]1431             IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.  j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
[2232]1432
1433                DO  k = nzb_soil, nzt_soil
[4646]1434                   sums_l(k,89,tn)  = sums_l(k,89,tn)  + t_soil_h%var_2d(k,m) * rmask(j,i,sr)
1435                   sums_l(k,91,tn)  = sums_l(k,91,tn)  + m_soil_h%var_2d(k,m) * rmask(j,i,sr)
[2232]1436                ENDDO
1437             ENDIF
1438          ENDDO
1439          !$OMP END PARALLEL
1440       ENDIF
1441!
[4646]1442!--    For speed optimization fluxes which have been computed in part directly inside the WS
1443!--    advection routines are treated seperatly.
[709]1444!--    Momentum fluxes first:
[2232]1445
1446       tn = 0
1447       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn, flag )
1448       !$ tn = omp_get_thread_num()
[743]1449       IF ( .NOT. ws_scheme_mom .OR. sr /= 0  )  THEN
[2232]1450          !$OMP DO
1451          DO  i = nxl, nxr
1452             DO  j = nys, nyn
1453                DO  k = nzb, nzt
[1007]1454!
[4646]1455!--                Flag 23 is used to mask surface fluxes as well as model-top fluxes, which are
1456!--                added further below.
1457                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *        &
1458                          MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
[2232]1459
[4646]1460                   ust = 0.5_wp * ( u(k,j,i)   - hom(k,1,1,sr) +                                   &
[2232]1461                                    u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) )
[4646]1462                   vst = 0.5_wp * ( v(k,j,i)   - hom(k,1,2,sr) +                                   &
[2232]1463                                    v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) )
[667]1464!
[2232]1465!--                Momentum flux w*u*
[4646]1466                   sums_l(k,13,tn) = sums_l(k,13,tn) + 0.5_wp *                                    &
1467                                                     ( w(k,j,i-1) + w(k,j,i) )                     &
1468                                                     * rho_air_zw(k)                               &
1469                                                     * momentumflux_output_conversion(k)           &
1470                                                     * ust * rmask(j,i,sr)                         &
[2232]1471                                                           * flag
1472!
1473!--                Momentum flux w*v*
[4646]1474                   sums_l(k,15,tn) = sums_l(k,15,tn) + 0.5_wp * ( w(k,j-1,i) + w(k,j,i) )          &
1475                                                     * rho_air_zw(k)                               &
1476                                                     * momentumflux_output_conversion(k)           &
1477                                                     * vst * rmask(j,i,sr)                         &
[2232]1478                                                           * flag
1479                ENDDO
1480             ENDDO
1481          ENDDO
[1]1482
[667]1483       ENDIF
[1567]1484       IF ( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 )  THEN
[2232]1485          !$OMP DO
1486          DO  i = nxl, nxr
1487             DO  j = nys, nyn
1488                DO  k = nzb, nzt
[4646]1489                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *        &
1490                          MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
[709]1491!
[2232]1492!--                Vertical heat flux
[4646]1493                   sums_l(k,17,tn) = sums_l(k,17,tn) + 0.5_wp *                                    &
1494                                     ( pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) +                               &
1495                                       pt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,4,sr) )                             &
1496                                     * rho_air_zw(k)                                               &
1497                                     * heatflux_output_conversion(k)                               &
1498                                     * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[2232]1499                   IF ( humidity )  THEN
[4646]1500                      pts = 0.5_wp * ( q(k,j,i)   - hom(k,1,41,sr) +                               &
1501                                       q(k+1,j,i) - hom(k+1,1,41,sr) )
1502                      sums_l(k,49,tn) = sums_l(k,49,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
1503                                                          rho_air_zw(k)  *                         &
1504                                                          waterflux_output_conversion(k) *         &
1505                                                          rmask(j,i,sr)  * flag
[2232]1506                   ENDIF
1507                   IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]1508                      pts = 0.5_wp * ( s(k,j,i)   - hom(k,1,115,sr) +                              &
1509                                       s(k+1,j,i) - hom(k+1,1,115,sr) )
1510                      sums_l(k,114,tn) = sums_l(k,114,tn) + pts * w(k,j,i) *  rmask(j,i,sr) * flag
[2232]1511                   ENDIF
1512                ENDDO
1513             ENDDO
1514          ENDDO
[667]1515
1516       ENDIF
1517
[1]1518!
[97]1519!--    Density at top follows Neumann condition
[3294]1520       IF ( ocean_mode )  THEN
[388]1521          sums_l(nzt+1,64,tn) = sums_l(nzt,64,tn)
1522          sums_l(nzt+1,71,tn) = sums_l(nzt,71,tn)
1523       ENDIF
[97]1524
1525!
[4646]1526!--    Divergence of vertical flux of resolved scale energy and pressure fluctuations as well as
1527!--    flux of pressure fluctuation itself (68).
[106]1528!--    First calculate the products, then the divergence.
[1]1529!--    Calculation is time consuming. Do it only, if profiles shall be plotted.
[4646]1530       IF ( hom(nzb+1,2,55,0) /= 0.0_wp  .OR.  hom(nzb+1,2,68,0) /= 0.0_wp )  THEN
[1353]1531          sums_ll = 0.0_wp  ! local array
[1]1532
1533          !$OMP DO
1534          DO  i = nxl, nxr
1535             DO  j = nys, nyn
[2232]1536                DO  k = nzb+1, nzt
[4346]1537                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
[1]1538
[4646]1539                   sums_ll(k,1) = sums_ll(k,1) + 0.5_wp * w(k,j,i) * (                             &
1540                                    ( 0.25_wp * ( u(k,j,i)+u(k+1,j,i)+u(k,j,i+1)+u(k+1,j,i+1) )    &
1541                                              - 0.5_wp * ( hom(k,1,1,sr) + hom(k+1,1,1,sr) ) )**2  &
1542                                  + ( 0.25_wp * ( v(k,j,i)+v(k+1,j,i)+v(k,j+1,i)+v(k+1,j+1,i) )    &
1543                                              - 0.5_wp * ( hom(k,1,2,sr) + hom(k+1,1,2,sr) ) )**2  &
1544                                  + w(k,j,i)**2                      ) * flag * rmask(j,i,sr)
[1]1545
[4646]1546                   sums_ll(k,2) = sums_ll(k,2) + 0.5_wp * w(k,j,i)                                 &
1547                                       * ( ( p(k,j,i) + p(k+1,j,i) )                               &
1548                                         / momentumflux_output_conversion(k) )                     &
[4551]1549                                       * flag * rmask(j,i,sr)
[1]1550
1551                ENDDO
1552             ENDDO
1553          ENDDO
[1353]1554          sums_ll(0,1)     = 0.0_wp    ! because w is zero at the bottom
1555          sums_ll(nzt+1,1) = 0.0_wp
1556          sums_ll(0,2)     = 0.0_wp
1557          sums_ll(nzt+1,2) = 0.0_wp
[1]1558
[678]1559          DO  k = nzb+1, nzt
[1]1560             sums_l(k,55,tn) = ( sums_ll(k,1) - sums_ll(k-1,1) ) * ddzw(k)
1561             sums_l(k,56,tn) = ( sums_ll(k,2) - sums_ll(k-1,2) ) * ddzw(k)
[106]1562             sums_l(k,68,tn) = sums_ll(k,2)
[1]1563          ENDDO
1564          sums_l(nzb,55,tn) = sums_l(nzb+1,55,tn)
1565          sums_l(nzb,56,tn) = sums_l(nzb+1,56,tn)
[1353]1566          sums_l(nzb,68,tn) = 0.0_wp    ! because w* = 0 at nzb
[1]1567
1568       ENDIF
1569
1570!
[106]1571!--    Divergence of vertical flux of SGS TKE and the flux itself (69)
[4646]1572       IF ( hom(nzb+1,2,57,0) /= 0.0_wp  .OR.  hom(nzb+1,2,69,0) /= 0.0_wp )  THEN
[1]1573          !$OMP DO
1574          DO  i = nxl, nxr
1575             DO  j = nys, nyn
[2232]1576                DO  k = nzb+1, nzt
[1]1577
[4346]1578                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
[2232]1579
[4646]1580                   sums_l(k,57,tn) = sums_l(k,57,tn) - 0.5_wp * (                                  &
1581                                       (km(k,j,i)+km(k+1,j,i)) * (e(k+1,j,i)-e(k,j,i)) * ddzu(k+1) &
1582                                     - (km(k-1,j,i)+km(k,j,i)) * (e(k,j,i)-e(k-1,j,i)) * ddzu(k)   &
1583                                                                ) * ddzw(k)                        &
[4551]1584                                                                  * flag * rmask(j,i,sr)
[1]1585
[4646]1586                   sums_l(k,69,tn) = sums_l(k,69,tn) - 0.5_wp * (                                  &
1587                                        ( km(k,j,i) + km(k+1,j,i) ) *                              &
1588                                        ( e(k+1,j,i) - e(k,j,i) ) * ddzu(k+1)                      &
1589                                                                ) * flag * rmask(j,i,sr)
[106]1590
[1]1591                ENDDO
1592             ENDDO
1593          ENDDO
1594          sums_l(nzb,57,tn) = sums_l(nzb+1,57,tn)
[106]1595          sums_l(nzb,69,tn) = sums_l(nzb+1,69,tn)
[1]1596
1597       ENDIF
1598
1599!
[4472]1600!--    Horizontal heat fluxes (subgrid, resolved, total).
1601!--    Do it only, if profiles shall be plotted.
[1353]1602       IF ( hom(nzb+1,2,58,0) /= 0.0_wp ) THEN
[1]1603
1604          !$OMP DO
1605          DO  i = nxl, nxr
1606             DO  j = nys, nyn
[2232]1607                DO  k = nzb+1, nzt
[4346]1608                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
[1]1609!
1610!--                Subgrid horizontal heat fluxes u"pt", v"pt"
[4646]1611                   sums_l(k,58,tn) = sums_l(k,58,tn) - 0.5_wp *                                    &
1612                                                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i-1) )                &
1613                                                      * ( pt(k,j,i-1) - pt(k,j,i) )                &
1614                                                      * rho_air_zw(k)                              &
1615                                                      * heatflux_output_conversion(k)              &
1616                                                      * ddx * rmask(j,i,sr) * flag
1617                   sums_l(k,61,tn) = sums_l(k,61,tn) - 0.5_wp *                                    &
1618                                                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j-1,i) )                &
1619                                                      * ( pt(k,j-1,i) - pt(k,j,i) )                &
1620                                                      * rho_air_zw(k)                              &
1621                                                      * heatflux_output_conversion(k)              &
1622                                                      * ddy * rmask(j,i,sr) * flag
[1]1623!
1624!--                Resolved horizontal heat fluxes u*pt*, v*pt*
[4646]1625                   sums_l(k,59,tn) = sums_l(k,59,tn) +              ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )   &
1626                                                      * 0.5_wp * ( pt(k,j,i-1) - hom(k,1,4,sr) +   &
1627                                                                   pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )   &
1628                                                                 * heatflux_output_conversion(k)   &
1629                                                                 * flag
1630                   pts = 0.5_wp * ( pt(k,j-1,i) - hom(k,1,4,sr) +                                  &
[1353]1631                                    pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )
[4646]1632                   sums_l(k,62,tn) = sums_l(k,62,tn) +              ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )   &
1633                                                      * 0.5_wp * ( pt(k,j-1,i) - hom(k,1,4,sr) +   &
1634                                                                   pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )   &
1635                                                                 * heatflux_output_conversion(k)   &
1636                                                                 * flag
[1]1637                ENDDO
1638             ENDDO
1639          ENDDO
1640!
1641!--       Fluxes at the surface must be zero (e.g. due to the Prandtl-layer)
[1353]1642          sums_l(nzb,58,tn) = 0.0_wp
1643          sums_l(nzb,59,tn) = 0.0_wp
1644          sums_l(nzb,60,tn) = 0.0_wp
1645          sums_l(nzb,61,tn) = 0.0_wp
1646          sums_l(nzb,62,tn) = 0.0_wp
1647          sums_l(nzb,63,tn) = 0.0_wp
[1]1648
1649       ENDIF
[2073]1650       !$OMP END PARALLEL
[87]1651
1652!
[1365]1653!--    Collect current large scale advection and subsidence tendencies for
1654!--    data output
[1691]1655       IF ( large_scale_forcing  .AND.  ( simulated_time > 0.0_wp ) )  THEN
[1365]1656!
[4472]1657!--       Interpolation in time of LSF_DATA
[1365]1658          nt = 1
[1386]1659          DO WHILE ( simulated_time - dt_3d > time_vert(nt) )
[1365]1660             nt = nt + 1
1661          ENDDO
[1386]1662          IF ( simulated_time - dt_3d /= time_vert(nt) )  THEN
[1365]1663            nt = nt - 1
1664          ENDIF
1665
[4646]1666          fac = ( simulated_time - dt_3d - time_vert(nt) ) / ( time_vert(nt+1)-time_vert(nt) )
[1365]1667
1668
1669          DO  k = nzb, nzt
[4646]1670             sums_ls_l(k,0) = td_lsa_lpt(k,nt) + fac * ( td_lsa_lpt(k,nt+1) - td_lsa_lpt(k,nt) )
1671             sums_ls_l(k,1) = td_lsa_q(k,nt)   + fac * ( td_lsa_q(k,nt+1)   - td_lsa_q(k,nt) )
[1365]1672          ENDDO
1673
[1382]1674          sums_ls_l(nzt+1,0) = sums_ls_l(nzt,0)
1675          sums_ls_l(nzt+1,1) = sums_ls_l(nzt,1)
1676
[4646]1677          IF ( large_scale_subsidence  .AND.  use_subsidence_tendencies )  THEN
[1365]1678
1679             DO  k = nzb, nzt
[4646]1680                sums_ls_l(k,2) = td_sub_lpt(k,nt) + fac * ( td_sub_lpt(k,nt+1) - td_sub_lpt(k,nt) )
1681                sums_ls_l(k,3) = td_sub_q(k,nt)   + fac * ( td_sub_q(k,nt+1)   - td_sub_q(k,nt) )
[1365]1682             ENDDO
1683
[1382]1684             sums_ls_l(nzt+1,2) = sums_ls_l(nzt,2)
1685             sums_ls_l(nzt+1,3) = sums_ls_l(nzt,3)
1686
[1365]1687          ENDIF
1688
1689       ENDIF
1690
[2232]1691       tn = 0
[2073]1692       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn )
[4472]1693       !$ tn = omp_get_thread_num()
[4646]1694       IF ( radiation  .AND.  radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
[1585]1695          !$OMP DO
1696          DO  i = nxl, nxr
1697             DO  j =  nys, nyn
[2232]1698                DO  k = nzb+1, nzt+1
[4346]1699                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
[2232]1700
[4646]1701                   sums_l(k,100,tn)  = sums_l(k,100,tn) + rad_lw_in(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1702                   sums_l(k,101,tn)  = sums_l(k,101,tn) + rad_lw_out(k,j,i)   * rmask(j,i,sr) * flag
1703                   sums_l(k,102,tn)  = sums_l(k,102,tn) + rad_sw_in(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1704                   sums_l(k,103,tn)  = sums_l(k,103,tn) + rad_sw_out(k,j,i)   * rmask(j,i,sr) * flag
1705                   sums_l(k,104,tn)  = sums_l(k,104,tn) + rad_lw_cs_hr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1706                   sums_l(k,105,tn)  = sums_l(k,105,tn) + rad_lw_hr(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1707                   sums_l(k,106,tn)  = sums_l(k,106,tn) + rad_sw_cs_hr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1708                   sums_l(k,107,tn)  = sums_l(k,107,tn) + rad_sw_hr(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
[1585]1709                ENDDO
1710             ENDDO
1711          ENDDO
1712       ENDIF
[3637]1713
[1365]1714!
[3637]1715!--    Calculate the profiles for all other modules
1716       CALL module_interface_statistics( 'profiles', sr, tn, dots_max )
[3651]1717       !$OMP END PARALLEL
[1]1718
1719!
1720!--    Summation of thread sums
1721       IF ( threads_per_task > 1 )  THEN
1722          DO  i = 1, threads_per_task-1
[4464]1723             sums_l(:,3,0)          = sums_l(:,3,0) + sums_l(:,3,i)
[1]1724             sums_l(:,4:40,0)       = sums_l(:,4:40,0) + sums_l(:,4:40,i)
[87]1725             sums_l(:,45:pr_palm,0) = sums_l(:,45:pr_palm,0) + &
1726                                      sums_l(:,45:pr_palm,i)
1727             IF ( max_pr_user > 0 )  THEN
[4646]1728                sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,0) =                                        &
1729                                                       sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,0) + &
1730                                                       sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,i)
[87]1731             ENDIF
[3298]1732
1733             IF ( air_chemistry )  THEN
[4472]1734                IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
[3298]1735                     sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+ max_pr_cs,0) =          &
1736                               sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs,0) + &
1737                               sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs,i)
1738
1739                ENDIF
1740             ENDIF
[4131]1741             IF ( salsa )  THEN
1742                IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
1743                   sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,0) =    &
1744                      sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,0) + &
1745                      sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,i)
1746
1747                ENDIF
1748             ENDIF
[1]1749          ENDDO
1750       ENDIF
1751
1752#if defined( __parallel )
[667]1753
[1]1754!
1755!--    Compute total sum from local sums
[622]1756       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]1757       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,1,0), sums(nzb,1), ngp_sums, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[1365]1758       IF ( large_scale_forcing )  THEN
[4646]1759          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_ls_l(nzb,2), sums(nzb,83), ngp_sums_ls, MPI_REAL, MPI_SUM,      &
1760                              comm2d, ierr )
[1365]1761       ENDIF
[3298]1762
[3458]1763       IF ( air_chemistry  .AND.  max_pr_cs > 0 )  THEN
[3298]1764          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4581]1765          DO  i = 1, max_pr_cs
[4646]1766             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,pr_palm+max_pr_user+i,0),                              &
1767                                 sums(nzb,pr_palm+max_pr_user+i),                                  &
[4581]1768                                 nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1769          ENDDO
[3298]1770       ENDIF
1771
[4131]1772       IF ( salsa  .AND.  max_pr_salsa > 0 )  THEN
1773          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4581]1774          DO  i = 1, max_pr_salsa
1775             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+i,0),                    &
1776                                 sums(nzb,pr_palm+max_pr_user+max_pr_user+i),                      &
1777                                 nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1778          ENDDO
[4131]1779       ENDIF
1780
[1]1781#else
1782       sums = sums_l(:,:,0)
[1365]1783       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1784          sums(:,81:88) = sums_ls_l
1785       ENDIF
[1]1786#endif
1787
1788!
[4646]1789!--    Final values are obtained by division by the total number of grid points used for summation.
1790!--    After that store profiles.
1791!--    Check, if statistical regions do contain at least one grid point at the respective k-level,
1792!--    otherwise division by zero will lead to undefined values, which may cause e.g. problems with
1793!--    NetCDF output.
[1]1794!--    Profiles:
1795       DO  k = nzb, nzt+1
[4464]1796          sums(k,3)             = sums(k,3)             / ngp_2dh(sr)
[1738]1797          sums(k,12:22)         = sums(k,12:22)         / ngp_2dh(sr)
1798          sums(k,30:32)         = sums(k,30:32)         / ngp_2dh(sr)
1799          sums(k,35:39)         = sums(k,35:39)         / ngp_2dh(sr)
1800          sums(k,45:53)         = sums(k,45:53)         / ngp_2dh(sr)
1801          sums(k,55:63)         = sums(k,55:63)         / ngp_2dh(sr)
1802          sums(k,81:88)         = sums(k,81:88)         / ngp_2dh(sr)
[2270]1803          sums(k,89:112)        = sums(k,89:112)        / ngp_2dh(sr)
1804          sums(k,114)           = sums(k,114)           / ngp_2dh(sr)
1805          sums(k,117)           = sums(k,117)           / ngp_2dh(sr)
[1738]1806          IF ( ngp_2dh_s_inner(k,sr) /= 0 )  THEN
1807             sums(k,8:11)          = sums(k,8:11)          / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1808             sums(k,23:29)         = sums(k,23:29)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1809             sums(k,33:34)         = sums(k,33:34)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1810             sums(k,40)            = sums(k,40)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1811             sums(k,54)            = sums(k,54)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1812             sums(k,64)            = sums(k,64)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1813             sums(k,70:80)         = sums(k,70:80)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
[2270]1814             sums(k,116)           = sums(k,116)           / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1815             sums(k,118:pr_palm-2) = sums(k,118:pr_palm-2) / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
[4502]1816             sums(k,123:125)       = sums(k,123:125) * ngp_2dh_s_inner(k,sr)  / ngp_2dh(sr)
[1738]1817          ENDIF
[1]1818       ENDDO
[667]1819
[1]1820!--    u* and so on
[4646]1821!--    As sums(nzb:nzb+3,pr_palm) are full 2D arrays (us, usws, vsws, ts) whose size is always
1822!--    ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), defined at the first grid layer above the topography, they are
1823!--    divided by ngp_2dh(sr)
1824       sums(nzb:nzb+3,pr_palm)    = sums(nzb:nzb+3,pr_palm)  /  ngp_2dh(sr)
1825       sums(nzb+12,pr_palm)       = sums(nzb+12,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! qs
1826       sums(nzb+13,pr_palm)       = sums(nzb+13,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! ss
1827       sums(nzb+14,pr_palm)       = sums(nzb+14,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! surface temperature
1828
[1]1829!--    eges, e*
[4646]1830       sums(nzb+4:nzb+5,pr_palm)  = sums(nzb+4:nzb+5,pr_palm)  /  ngp_3d(sr)
[1]1831!--    Old and new divergence
[4646]1832       sums(nzb+9:nzb+10,pr_palm) = sums(nzb+9:nzb+10,pr_palm) /  ngp_3d_inner(sr)
[1]1833
[87]1834!--    User-defined profiles
1835       IF ( max_pr_user > 0 )  THEN
1836          DO  k = nzb, nzt+1
[4646]1837             sums(k,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user) =  sums(k,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user) /      &
1838                                                      ngp_2dh_s_inner(k,sr)
[87]1839          ENDDO
1840       ENDIF
[1007]1841
[4646]1842       IF ( air_chemistry )  THEN
[4472]1843          IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
[3298]1844             DO k = nzb, nzt+1
[4646]1845                sums(k, pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs) =                                 &
1846                                                sums(k, pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs) / &
1847                                                ngp_2dh_s_inner(k,sr)
[3298]1848             ENDDO
[4472]1849          ENDIF
[3298]1850       ENDIF
1851
[4646]1852       IF ( salsa )  THEN
[4131]1853          IF ( max_pr_salsa > 0 )  THEN
1854             DO k = nzb, nzt+1
1855                sums(k,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa) = &
1856                  sums(k,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa) &
1857                  / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1858             ENDDO
[4472]1859          ENDIF
[4131]1860       ENDIF
1861
[1]1862!
1863!--    Collect horizontal average in hom.
1864!--    Compute deduced averages (e.g. total heat flux)
[4464]1865       hom(:,1,3,sr)  = sums(:,3)      ! w
[1]1866       hom(:,1,8,sr)  = sums(:,8)      ! e     profiles 5-7 are initial profiles
1867       hom(:,1,9,sr)  = sums(:,9)      ! km
1868       hom(:,1,10,sr) = sums(:,10)     ! kh
1869       hom(:,1,11,sr) = sums(:,11)     ! l
1870       hom(:,1,12,sr) = sums(:,12)     ! w"u"
1871       hom(:,1,13,sr) = sums(:,13)     ! w*u*
1872       hom(:,1,14,sr) = sums(:,14)     ! w"v"
1873       hom(:,1,15,sr) = sums(:,15)     ! w*v*
1874       hom(:,1,16,sr) = sums(:,16)     ! w"pt"
1875       hom(:,1,17,sr) = sums(:,17)     ! w*pt*
1876       hom(:,1,18,sr) = sums(:,16) + sums(:,17)    ! wpt
1877       hom(:,1,19,sr) = sums(:,12) + sums(:,13)    ! wu
1878       hom(:,1,20,sr) = sums(:,14) + sums(:,15)    ! wv
1879       hom(:,1,21,sr) = sums(:,21)     ! w*pt*BC
1880       hom(:,1,22,sr) = sums(:,16) + sums(:,21)    ! wptBC
[96]1881                                       ! profile 24 is initial profile (sa)
[4472]1882                                       ! profiles 25-29 left empty for initial
[1]1883                                       ! profiles
1884       hom(:,1,30,sr) = sums(:,30)     ! u*2
1885       hom(:,1,31,sr) = sums(:,31)     ! v*2
1886       hom(:,1,32,sr) = sums(:,32)     ! w*2
1887       hom(:,1,33,sr) = sums(:,33)     ! pt*2
1888       hom(:,1,34,sr) = sums(:,34)     ! e*
1889       hom(:,1,35,sr) = sums(:,35)     ! w*2pt*
1890       hom(:,1,36,sr) = sums(:,36)     ! w*pt*2
1891       hom(:,1,37,sr) = sums(:,37)     ! w*e*
1892       hom(:,1,38,sr) = sums(:,38)     ! w*3
[4646]1893       hom(:,1,39,sr) = sums(:,38) / ( ABS( sums(:,32) ) + 1E-20_wp )**1.5_wp   ! Sw
[1]1894       hom(:,1,40,sr) = sums(:,40)     ! p
[531]1895       hom(:,1,45,sr) = sums(:,45)     ! w"vpt"
[4472]1896       hom(:,1,46,sr) = sums(:,46)     ! w*vpt*
[1]1897       hom(:,1,47,sr) = sums(:,45) + sums(:,46)    ! wvpt
1898       hom(:,1,48,sr) = sums(:,48)     ! w"q" (w"qv")
1899       hom(:,1,49,sr) = sums(:,49)     ! w*q* (w*qv*)
1900       hom(:,1,50,sr) = sums(:,48) + sums(:,49)    ! wq (wqv)
1901       hom(:,1,51,sr) = sums(:,51)     ! w"qv"
[4472]1902       hom(:,1,52,sr) = sums(:,52)     ! w*qv*
[1]1903       hom(:,1,53,sr) = sums(:,52) + sums(:,51)    ! wq (wqv)
1904       hom(:,1,54,sr) = sums(:,54)     ! ql
1905       hom(:,1,55,sr) = sums(:,55)     ! w*u*u*/dz
1906       hom(:,1,56,sr) = sums(:,56)     ! w*p*/dz
[2031]1907       hom(:,1,57,sr) = sums(:,57)     ! ( w"e + w"p"/rho_ocean )/dz
[1]1908       hom(:,1,58,sr) = sums(:,58)     ! u"pt"
1909       hom(:,1,59,sr) = sums(:,59)     ! u*pt*
1910       hom(:,1,60,sr) = sums(:,58) + sums(:,59)    ! upt_t
1911       hom(:,1,61,sr) = sums(:,61)     ! v"pt"
1912       hom(:,1,62,sr) = sums(:,62)     ! v*pt*
1913       hom(:,1,63,sr) = sums(:,61) + sums(:,62)    ! vpt_t
[2031]1914       hom(:,1,64,sr) = sums(:,64)     ! rho_ocean
[96]1915       hom(:,1,65,sr) = sums(:,65)     ! w"sa"
1916       hom(:,1,66,sr) = sums(:,66)     ! w*sa*
1917       hom(:,1,67,sr) = sums(:,65) + sums(:,66)    ! wsa
[106]1918       hom(:,1,68,sr) = sums(:,68)     ! w*p*
[2031]1919       hom(:,1,69,sr) = sums(:,69)     ! w"e + w"p"/rho_ocean
[197]1920       hom(:,1,70,sr) = sums(:,70)     ! q*2
[388]1921       hom(:,1,71,sr) = sums(:,71)     ! prho
[2252]1922       hom(:,1,72,sr) = hyp * 1E-2_wp  ! hyp in hPa
[2292]1923       hom(:,1,123,sr) = sums(:,123)   ! nc
[4502]1924       hom(:,1,124,sr) = sums(:,124)   ! ni
1925       hom(:,1,125,sr) = sums(:,125)   ! qi
[1053]1926       hom(:,1,73,sr) = sums(:,73)     ! nr
1927       hom(:,1,74,sr) = sums(:,74)     ! qr
1928       hom(:,1,75,sr) = sums(:,75)     ! qc
1929       hom(:,1,76,sr) = sums(:,76)     ! prr (precipitation rate)
[1179]1930                                       ! 77 is initial density profile
[1241]1931       hom(:,1,78,sr) = ug             ! ug
1932       hom(:,1,79,sr) = vg             ! vg
[1299]1933       hom(:,1,80,sr) = w_subs         ! w_subs
[1]1934
[1365]1935       IF ( large_scale_forcing )  THEN
[1382]1936          hom(:,1,81,sr) = sums_ls_l(:,0)          ! td_lsa_lpt
1937          hom(:,1,82,sr) = sums_ls_l(:,1)          ! td_lsa_q
[1365]1938          IF ( use_subsidence_tendencies )  THEN
[1382]1939             hom(:,1,83,sr) = sums_ls_l(:,2)       ! td_sub_lpt
1940             hom(:,1,84,sr) = sums_ls_l(:,3)       ! td_sub_q
[1365]1941          ELSE
[1382]1942             hom(:,1,83,sr) = sums(:,83)           ! td_sub_lpt
1943             hom(:,1,84,sr) = sums(:,84)           ! td_sub_q
[1365]1944          ENDIF
[1382]1945          hom(:,1,85,sr) = sums(:,85)              ! td_nud_lpt
1946          hom(:,1,86,sr) = sums(:,86)              ! td_nud_q
1947          hom(:,1,87,sr) = sums(:,87)              ! td_nud_u
1948          hom(:,1,88,sr) = sums(:,88)              ! td_nud_v
[1365]1949       ENDIF
1950
[1551]1951       IF ( land_surface )  THEN
1952          hom(:,1,89,sr) = sums(:,89)              ! t_soil
1953                                                   ! 90 is initial t_soil profile
1954          hom(:,1,91,sr) = sums(:,91)              ! m_soil
1955                                                   ! 92 is initial m_soil profile
[2270]1956          hom(:,1,93,sr)  = sums(:,93)             ! ghf
1957          hom(:,1,94,sr)  = sums(:,94)             ! qsws_liq
1958          hom(:,1,95,sr)  = sums(:,95)             ! qsws_soil
1959          hom(:,1,96,sr)  = sums(:,96)             ! qsws_veg
1960          hom(:,1,97,sr)  = sums(:,97)             ! r_a
[4551]1961          hom(:,1,98,sr)  = sums(:,98)             ! r_s
[1555]1962
[1551]1963       ENDIF
1964
1965       IF ( radiation )  THEN
[2270]1966          hom(:,1,99,sr) = sums(:,99)            ! rad_net
1967          hom(:,1,100,sr) = sums(:,100)            ! rad_lw_in
1968          hom(:,1,101,sr) = sums(:,101)            ! rad_lw_out
1969          hom(:,1,102,sr) = sums(:,102)            ! rad_sw_in
1970          hom(:,1,103,sr) = sums(:,103)            ! rad_sw_out
[1585]1971
[1691]1972          IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
[2270]1973             hom(:,1,104,sr) = sums(:,104)            ! rad_lw_cs_hr
1974             hom(:,1,105,sr) = sums(:,105)            ! rad_lw_hr
1975             hom(:,1,106,sr) = sums(:,106)            ! rad_sw_cs_hr
1976             hom(:,1,107,sr) = sums(:,107)            ! rad_sw_hr
[1691]1977
[2270]1978             hom(:,1,108,sr) = sums(:,108)            ! rrtm_aldif
1979             hom(:,1,109,sr) = sums(:,109)            ! rrtm_aldir
1980             hom(:,1,110,sr) = sums(:,110)            ! rrtm_asdif
1981             hom(:,1,111,sr) = sums(:,111)            ! rrtm_asdir
[1585]1982          ENDIF
[1551]1983       ENDIF
1984
[2270]1985       hom(:,1,112,sr) = sums(:,112)            !: L
[1691]1986
[1960]1987       IF ( passive_scalar )  THEN
[2270]1988          hom(:,1,117,sr) = sums(:,117)     ! w"s"
1989          hom(:,1,114,sr) = sums(:,114)     ! w*s*
[4472]1990          hom(:,1,118,sr) = sums(:,117) + sums(:,114)    ! ws
[2270]1991          hom(:,1,116,sr) = sums(:,116)     ! s*2
[1960]1992       ENDIF
1993
[2270]1994       hom(:,1,119,sr) = rho_air       ! rho_air in Kg/m^3
1995       hom(:,1,120,sr) = rho_air_zw    ! rho_air_zw in Kg/m^3
[2037]1996
[4646]1997       IF ( kolmogorov_length_scale )  THEN
[4472]1998          hom(:,1,121,sr) = sums(:,121) * 1E3_wp  ! eta in mm
1999       ENDIF
2000
2001
[667]2002       hom(:,1,pr_palm,sr) =   sums(:,pr_palm)
[1]2003                                       ! u*, w'u', w'v', t* (in last profile)
2004
[87]2005       IF ( max_pr_user > 0 )  THEN    ! user-defined profiles
2006          hom(:,1,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,sr) = &
2007                               sums(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user)
2008       ENDIF
2009
[3298]2010       IF ( air_chemistry )  THEN
[4472]2011          IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN    ! chem_spcs profiles
[3298]2012             hom(:, 1, pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs, sr) = &
2013                               sums(:, pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs)
2014          ENDIF
2015       ENDIF
[4131]2016
2017       IF ( salsa )  THEN
2018          IF ( max_pr_salsa > 0 )  THEN    ! salsa profiles
2019             hom(:,1,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa, sr) = &
2020                  sums(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa)
2021          ENDIF
2022       ENDIF
[1]2023!
2024!--    Determine the boundary layer height using two different schemes.
[4646]2025!--    First scheme: Starting from the Earth's (Ocean's) surface, look for the first relative
2026!--    minimum (maximum) of the total heat flux.
2027!--    The corresponding height is assumed as the boundary layer height, if it is less than 1.5
2028!--    times the height where the heat flux becomes negative (positive) for the first time.
2029!--    Attention: the resolved vertical sensible heat flux (hom(:,1,17,sr) = w*pt*) is not known at
2030!--    the beginning because the calculation happens in advec_s_ws which is called after
2031!--    flow_statistics. Therefore z_i is directly taken from restart data at the beginning of
2032!--    restart runs.
2033       IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .OR.                              &
[3003]2034            simulated_time_at_begin /= simulated_time ) THEN
[667]2035
[3003]2036          z_i(1) = 0.0_wp
2037          first = .TRUE.
2038
[3294]2039          IF ( ocean_mode )  THEN
[3003]2040             DO  k = nzt, nzb+1, -1
2041                IF ( first  .AND.  hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp )  THEN
2042                   first = .FALSE.
2043                   height = zw(k)
[97]2044                ENDIF
[4646]2045                IF ( hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp  .AND.  hom(k-1,1,18,sr) > hom(k,1,18,sr) )  THEN
[3003]2046                   IF ( zw(k) < 1.5_wp * height )  THEN
2047                      z_i(1) = zw(k)
2048                   ELSE
2049                      z_i(1) = height
2050                   ENDIF
2051                   EXIT
[94]2052                ENDIF
[3003]2053             ENDDO
2054          ELSE
2055             DO  k = nzb, nzt-1
2056                IF ( first  .AND.  hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp )  THEN
2057                   first = .FALSE.
2058                   height = zw(k)
2059                ENDIF
[4646]2060                IF ( hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp  .AND.  hom(k+1,1,18,sr) > hom(k,1,18,sr) )  THEN
[3003]2061                   IF ( zw(k) < 1.5_wp * height )  THEN
2062                      z_i(1) = zw(k)
2063                   ELSE
2064                      z_i(1) = height
2065                   ENDIF
2066                   EXIT
2067                ENDIF
2068             ENDDO
2069          ENDIF
[1]2070
2071!
[4646]2072!--       Second scheme: Gradient scheme from Sullivan et al. (1998), modified by Uhlenbrock(2006).
2073!--       The boundary layer height is the height with the maximal local temperature gradient:
2074!--       starting from the second (the last but one) vertical gridpoint, the local gradient must be
2075!--       at least 0.2K/100m and greater than the next four gradients.
[3003]2076!--       WARNING: The threshold value of 0.2K/100m must be adjusted for the
[4472]2077!--       ocean case!
[3003]2078          z_i(2) = 0.0_wp
2079          DO  k = nzb+1, nzt+1
2080             dptdz(k) = ( hom(k,1,4,sr) - hom(k-1,1,4,sr) ) * ddzu(k)
2081          ENDDO
2082          dptdz_threshold = 0.2_wp / 100.0_wp
[291]2083
[3294]2084          IF ( ocean_mode )  THEN
[3003]2085             DO  k = nzt+1, nzb+5, -1
[4646]2086                IF ( dptdz(k) > dptdz_threshold  .AND.                                             &
2087                     dptdz(k) > dptdz(k-1)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k-2)  .AND.                    &
[3003]2088                     dptdz(k) > dptdz(k-3)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k-4) )  THEN
2089                   z_i(2) = zw(k-1)
2090                   EXIT
2091                ENDIF
2092             ENDDO
2093          ELSE
2094             DO  k = nzb+1, nzt-3
[4646]2095                IF ( dptdz(k) > dptdz_threshold  .AND.                                             &
2096                     dptdz(k) > dptdz(k+1)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k+2)  .AND.                    &
[3003]2097                     dptdz(k) > dptdz(k+3)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k+4) )  THEN
2098                   z_i(2) = zw(k-1)
2099                   EXIT
2100                ENDIF
2101             ENDDO
2102          ENDIF
2103
[97]2104       ENDIF
[1]2105
[87]2106       hom(nzb+6,1,pr_palm,sr) = z_i(1)
2107       hom(nzb+7,1,pr_palm,sr) = z_i(2)
[1]2108
2109!
[4646]2110!--    Determine vertical index which is nearest to the mean surface level height of the respective
2111!--    statistic region
[1738]2112       DO  k = nzb, nzt
2113          IF ( zw(k) >= mean_surface_level_height(sr) )  THEN
2114             k_surface_level = k
2115             EXIT
2116          ENDIF
2117       ENDDO
[3003]2118
[1738]2119!
[4646]2120!--    Computation of both the characteristic vertical velocity and the characteristic convective
2121!--    boundary layer temperature.
2122!--    The inversion height entering into the equation is defined with respect to the mean surface
2123!--    level height of the respective statistic region.
2124!--    The horizontal average at surface level index + 1 is input for the average temperature.
2125       IF ( hom(k_surface_level,1,18,sr) > 1.0E-8_wp  .AND.  z_i(1) /= 0.0_wp )  THEN
2126          hom(nzb+8,1,pr_palm,sr) =                                                                &
2127                                   ( g / hom(k_surface_level+1,1,4,sr) *                           &
2128                                   ( hom(k_surface_level,1,18,sr) /                                &
2129                                   ( heatflux_output_conversion(nzb) * rho_air(nzb) ) )            &
2130                                   * ABS( z_i(1) - mean_surface_level_height(sr) ) )**0.333333333_wp
[1]2131       ELSE
[1353]2132          hom(nzb+8,1,pr_palm,sr)  = 0.0_wp
[1]2133       ENDIF
2134
[48]2135!
[4646]2136!--    Collect the time series quantities. Please note, timeseries quantities which are collected
2137!--    from horizontally averaged profiles, e.g. wpt or pt(zp), are treated specially. In case of
2138!--    elevated model surfaces, index nzb+1 might be within topography and data will be zero.
2139!--    Therefore, take value for the first atmosphere index, which is topo_min_level+1.
[2968]2140       ts_value(1,sr) = hom(nzb+4,1,pr_palm,sr)        ! E
2141       ts_value(2,sr) = hom(nzb+5,1,pr_palm,sr)        ! E*
[48]2142       ts_value(3,sr) = dt_3d
[2968]2143       ts_value(4,sr) = hom(nzb,1,pr_palm,sr)          ! u*
2144       ts_value(5,sr) = hom(nzb+3,1,pr_palm,sr)        ! th*
[48]2145       ts_value(6,sr) = u_max
2146       ts_value(7,sr) = v_max
2147       ts_value(8,sr) = w_max
[2968]2148       ts_value(9,sr) = hom(nzb+10,1,pr_palm,sr)       ! new divergence
2149       ts_value(10,sr) = hom(nzb+9,1,pr_palm,sr)       ! old Divergence
2150       ts_value(11,sr) = hom(nzb+6,1,pr_palm,sr)       ! z_i(1)
2151       ts_value(12,sr) = hom(nzb+7,1,pr_palm,sr)       ! z_i(2)
2152       ts_value(13,sr) = hom(nzb+8,1,pr_palm,sr)       ! w*
2153       ts_value(14,sr) = hom(nzb,1,16,sr)              ! w'pt'   at k=0
2154       ts_value(15,sr) = hom(topo_min_level+1,1,16,sr) ! w'pt'   at k=1
2155       ts_value(16,sr) = hom(topo_min_level+1,1,18,sr) ! wpt     at k=1
2156       ts_value(17,sr) = hom(nzb+14,1,pr_palm,sr)      ! pt(0)
2157       ts_value(18,sr) = hom(topo_min_level+1,1,4,sr)  ! pt(zp)
2158       ts_value(19,sr) = hom(nzb+1,1,pr_palm,sr)       ! u'w'    at k=0
2159       ts_value(20,sr) = hom(nzb+2,1,pr_palm,sr)       ! v'w'    at k=0
2160       ts_value(21,sr) = hom(nzb,1,48,sr)              ! w"q"    at k=0
[1709]2161
2162       IF ( .NOT. neutral )  THEN
[2270]2163          ts_value(22,sr) = hom(nzb,1,112,sr)          ! L
[48]2164       ELSE
[1709]2165          ts_value(22,sr) = 1.0E10_wp
[48]2166       ENDIF
[1]2167
[343]2168       ts_value(23,sr) = hom(nzb+12,1,pr_palm,sr)   ! q*
[1551]2169
[1960]2170       IF ( passive_scalar )  THEN
[2270]2171          ts_value(24,sr) = hom(nzb+13,1,117,sr)       ! w"s" ( to do ! )
[1960]2172          ts_value(25,sr) = hom(nzb+13,1,pr_palm,sr)   ! s*
2173       ENDIF
2174
[1]2175!
[1551]2176!--    Collect land surface model timeseries
2177       IF ( land_surface )  THEN
[2270]2178          ts_value(dots_soil  ,sr) = hom(nzb,1,93,sr)           ! ghf
2179          ts_value(dots_soil+1,sr) = hom(nzb,1,94,sr)           ! qsws_liq
2180          ts_value(dots_soil+2,sr) = hom(nzb,1,95,sr)           ! qsws_soil
2181          ts_value(dots_soil+3,sr) = hom(nzb,1,96,sr)           ! qsws_veg
2182          ts_value(dots_soil+4,sr) = hom(nzb,1,97,sr)           ! r_a
2183          ts_value(dots_soil+5,sr) = hom(nzb,1,98,sr)           ! r_s
[1551]2184       ENDIF
2185!
2186!--    Collect radiation model timeseries
2187       IF ( radiation )  THEN
[2270]2188          ts_value(dots_rad,sr)   = hom(nzb,1,99,sr)           ! rad_net
2189          ts_value(dots_rad+1,sr) = hom(nzb,1,100,sr)          ! rad_lw_in
2190          ts_value(dots_rad+2,sr) = hom(nzb,1,101,sr)          ! rad_lw_out
2191          ts_value(dots_rad+3,sr) = hom(nzb,1,102,sr)          ! rad_sw_in
2192          ts_value(dots_rad+4,sr) = hom(nzb,1,103,sr)          ! rad_sw_out
[1585]2193
2194          IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
[2270]2195             ts_value(dots_rad+5,sr) = hom(nzb,1,108,sr)          ! rrtm_aldif
2196             ts_value(dots_rad+6,sr) = hom(nzb,1,109,sr)          ! rrtm_aldir
2197             ts_value(dots_rad+7,sr) = hom(nzb,1,110,sr)          ! rrtm_asdif
2198             ts_value(dots_rad+8,sr) = hom(nzb,1,111,sr)          ! rrtm_asdir
[1585]2199          ENDIF
2200
[1551]2201       ENDIF
2202
2203!
[3637]2204!--    Calculate additional statistics provided by other modules
2205       CALL module_interface_statistics( 'time_series', sr, 0, dots_max )
[2817]2206
[48]2207    ENDDO    ! loop of the subregions
2208
[1]2209!
[1918]2210!-- If required, sum up horizontal averages for subsequent time averaging.
2211!-- Do not sum, if flow statistics is called before the first initial time step.
2212    IF ( do_sum  .AND.  simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
[1353]2213       IF ( average_count_pr == 0 )  hom_sum = 0.0_wp
[1]2214       hom_sum = hom_sum + hom(:,1,:,:)
2215       average_count_pr = average_count_pr + 1
2216       do_sum = .FALSE.
2217    ENDIF
2218
2219!
2220!-- Set flag for other UPs (e.g. output routines, but also buoyancy).
2221!-- This flag is reset after each time step in time_integration.
2222    flow_statistics_called = .TRUE.
2223
2224    CALL cpu_log( log_point(10), 'flow_statistics', 'stop' )
2225
2226
[4646]2227 END SUBROUTINE flow_statistics
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.