source: palm/trunk/SOURCE/flow_statistics.f90 @ 4739

Last change on this file since 4739 was 4703, checked in by suehring, 4 years ago

Revise profile and timeseries averaging of land-surface quantities

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 117.6 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 4703 2020-09-28 09:21:45Z maronga $
[4703]26! Revise averaging of land-surface quantities
27!
28! 4672 2020-09-09 21:27:32Z pavelkrc
[4672]29! OpenACC bugfix
30!
31! 4671 2020-09-09 20:27:58Z pavelkrc
[4671]32! Implementation of downward facing USM and LSM surfaces
33!
34! 4646 2020-08-24 16:02:40Z raasch
[4646]35! file re-formatted to follow the PALM coding standard
36!
37! 4581 2020-06-29 08:49:58Z suehring
[4581]38! Formatting adjustment
[4646]39!
[4581]40! 4551 2020-06-02 10:22:25Z suehring
[4551]41! Bugfix in summation for statistical regions
[4646]42!
[4551]43! 4521 2020-05-06 11:39:49Z schwenkel
[4521]44! Rename variable
[4646]45!
[4521]46! 4502 2020-04-17 16:14:16Z schwenkel
[4502]47! Implementation of ice microphysics
[4646]48!
[4502]49! 4472 2020-03-24 12:21:00Z Giersch
[4472]50! Calculations of the Kolmogorov lengt scale eta implemented
51!
52! 4464 2020-03-17 11:08:46Z Giersch
[4464]53! Reset last change (r4463)
[4472]54!
[4464]55! 4463 2020-03-17 09:27:36Z Giersch
[4646]56! Calculate horizontally averaged profiles of all velocity components at the same place
[4464]57!
[4463]58! 4444 2020-03-05 15:59:50Z raasch
[4444]59! bugfix: cpp-directives for serial mode added
[4472]60!
[4444]61! 4442 2020-03-04 19:21:13Z suehring
[4646]62! Change order of dimension in surface array %frac to allow for better vectorization.
[4472]63!
[4442]64! 4441 2020-03-04 19:20:35Z suehring
[4646]65! Introduction of wall_flags_total_0, which currently sets bits based on static topography
66! information used in wall_flags_static_0
[4472]67!
[4346]68! 4329 2019-12-10 15:46:36Z motisi
[4329]69! Renamed wall_flags_0 to wall_flags_static_0
[4472]70!
[4329]71! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
[4182]72! Corrected "Former revisions" section
[4472]73!
[4182]74! 4131 2019-08-02 11:06:18Z monakurppa
[4131]75! Allow profile output for salsa variables.
[4472]76!
[4131]77! 4039 2019-06-18 10:32:41Z suehring
[4646]78! Correct conversion to kinematic scalar fluxes in case of pw-scheme and statistic regions
[4472]79!
[4039]80! 3828 2019-03-27 19:36:23Z raasch
[3828]81! unused variables removed
[4472]82!
[3828]83! 3676 2019-01-16 15:07:05Z knoop
[3651]84! Bugfix, terminate OMP Parallel block
[3298]85!
[4182]86! Revision 1.1  1997/08/11 06:15:17  raasch
87! Initial revision
88!
89!
[1]90! Description:
91! ------------
[4646]92!> Compute average profiles and further average flow quantities for the different user-defined
93!> (sub-)regions. The region indexed 0 is the total model domain.
[1682]94!>
[4646]95!> @note For simplicity, nzb_s_inner and nzb_diff_s_inner are used as a lower vertical index for
96!>       k-loops for all variables, although strictly speaking the k-loops would have to be split
97!>       up according to the staggered grid. However, this implies no error since staggered velocity
98!>       components are zero at the walls and inside buildings.
99!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1682]100 SUBROUTINE flow_statistics
[1]101
[3298]102
[4646]103    USE arrays_3d,                                                                                 &
104        ONLY:  ddzu, ddzw, d_exner, e, heatflux_output_conversion, hyp, km, kh,                    &
105               momentumflux_output_conversion, nc, ni, nr, p, prho, prr, pt, q, qc, qi, ql, qr,    &
106               rho_air, rho_air_zw, rho_ocean, s, sa, u, ug, v, vg, vpt, w, w_subs,                &
107               waterflux_output_conversion, zw
[3298]108
[4646]109    USE basic_constants_and_equations_mod,                                                         &
[3298]110        ONLY:  g, lv_d_cp
111
[4646]112    USE bulk_cloud_model_mod,                                                                      &
113        ONLY: bulk_cloud_model, microphysics_morrison, microphysics_seifert, microphysics_ice_phase
[3298]114
[4646]115    USE chem_modules,                                                                              &
[3298]116        ONLY:  max_pr_cs
117
[4646]118    USE control_parameters,                                                                        &
119        ONLY:   air_chemistry, average_count_pr, cloud_droplets, do_sum, dt_3d, humidity,          &
120                initializing_actions, kolmogorov_length_scale, land_surface, large_scale_forcing,  &
121                large_scale_subsidence, max_pr_salsa, max_pr_user, message_string, neutral,        &
122                ocean_mode, passive_scalar, salsa, simulated_time, simulated_time_at_begin,        &
123                use_subsidence_tendencies, use_surface_fluxes, use_top_fluxes, ws_scheme_mom,      &
124                ws_scheme_sca
[3298]125
[4646]126    USE cpulog,                                                                                    &
[1551]127        ONLY:   cpu_log, log_point
[3298]128
[4646]129    USE grid_variables,                                                                            &
[1551]130        ONLY:   ddx, ddy
[4472]131
[4646]132    USE indices,                                                                                   &
133        ONLY:   ngp_2dh, ngp_2dh_s_inner, ngp_3d, ngp_3d_inner, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt,      &
134                topo_min_level, wall_flags_total_0
[4444]135
136#if defined( __parallel )
[4646]137    USE indices,                                                                                   &
[4444]138        ONLY:  ngp_sums, ngp_sums_ls
139#endif
[4472]140
[1320]141    USE kinds
[4472]142
[4646]143    USE land_surface_model_mod,                                                                    &
[2232]144        ONLY:   m_soil_h, nzb_soil, nzt_soil, t_soil_h
[1551]145
[4646]146    USE lsf_nudging_mod,                                                                           &
[2320]147        ONLY:   td_lsa_lpt, td_lsa_q, td_sub_lpt, td_sub_q, time_vert
148
[4646]149    USE module_interface,                                                                          &
[3637]150        ONLY:  module_interface_statistics
151
[4646]152    USE netcdf_interface,                                                                          &
[2817]153        ONLY:  dots_rad, dots_soil, dots_max
[1783]154
[1]155    USE pegrid
[1551]156
[4646]157    USE radiation_model_mod,                                                                       &
158        ONLY:  radiation, radiation_scheme,                                                        &
159               rad_lw_in, rad_lw_out, rad_lw_cs_hr, rad_lw_hr,                                     &
[1691]160               rad_sw_in, rad_sw_out, rad_sw_cs_hr, rad_sw_hr
[1585]161
[1]162    USE statistics
163
[4646]164    USE surface_mod,                                                                               &
[3828]165        ONLY :  surf_def_h, surf_lsm_h, surf_usm_h
[1691]166
[2232]167
[1]168    IMPLICIT NONE
169
[1682]170    INTEGER(iwp) ::  i                   !<
171    INTEGER(iwp) ::  j                   !<
172    INTEGER(iwp) ::  k                   !<
[4472]173    INTEGER(iwp) ::  ki                  !<
[1738]174    INTEGER(iwp) ::  k_surface_level     !<
[4472]175    INTEGER(iwp) ::  m                   !< loop variable over all horizontal wall elements
[2232]176    INTEGER(iwp) ::  l                   !< loop variable over surface facing -- up- or downward-facing
[1682]177    INTEGER(iwp) ::  nt                  !<
[3241]178!$  INTEGER(iwp) ::  omp_get_thread_num  !<
[1682]179    INTEGER(iwp) ::  sr                  !<
180    INTEGER(iwp) ::  tn                  !<
[2232]181
[1682]182    LOGICAL ::  first  !<
[4472]183
184    REAL(wp) ::  dissipation      !< dissipation rate
185    REAL(wp) ::  dptdz_threshold  !<
186    REAL(wp) ::  du_dx            !< Derivative of u fluctuations with respect to x
187    REAL(wp) ::  du_dy            !< Derivative of u fluctuations with respect to y
188    REAL(wp) ::  du_dz            !< Derivative of u fluctuations with respect to z
189    REAL(wp) ::  dv_dx            !< Derivative of v fluctuations with respect to x
190    REAL(wp) ::  dv_dy            !< Derivative of v fluctuations with respect to y
191    REAL(wp) ::  dv_dz            !< Derivative of v fluctuations with respect to z
192    REAL(wp) ::  dw_dx            !< Derivative of w fluctuations with respect to x
193    REAL(wp) ::  dw_dy            !< Derivative of w fluctuations with respect to y
194    REAL(wp) ::  dw_dz            !< Derivative of w fluctuations with respect to z
195    REAL(wp) ::  eta              !< Kolmogorov length scale
[1682]196    REAL(wp) ::  fac              !<
[2232]197    REAL(wp) ::  flag             !<
[1682]198    REAL(wp) ::  height           !<
199    REAL(wp) ::  pts              !<
[4472]200    REAL(wp) ::  s11              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 11
201    REAL(wp) ::  s21              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 21
202    REAL(wp) ::  s31              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 31
203    REAL(wp) ::  s12              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 12
204    REAL(wp) ::  s22              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 22
205    REAL(wp) ::  s32              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 32
206    REAL(wp) ::  s13              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 13
207    REAL(wp) ::  s23              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 23
208    REAL(wp) ::  s33              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 33
[1682]209    REAL(wp) ::  sums_l_etot      !<
210    REAL(wp) ::  ust              !<
211    REAL(wp) ::  ust2             !<
212    REAL(wp) ::  u2               !<
213    REAL(wp) ::  vst              !<
214    REAL(wp) ::  vst2             !<
215    REAL(wp) ::  v2               !<
216    REAL(wp) ::  w2               !<
[4472]217
[1682]218    REAL(wp) ::  dptdz(nzb+1:nzt+1)    !<
219    REAL(wp) ::  sums_ll(nzb:nzt+1,2)  !<
[1]220
[4646]221
[1]222    CALL cpu_log( log_point(10), 'flow_statistics', 'start' )
223
[1221]224
[1]225!
[4646]226!-- To be on the safe side, check whether flow_statistics has already been called once after the
227!-- current time step.
[1]228    IF ( flow_statistics_called )  THEN
[254]229
[4646]230       message_string = 'flow_statistics is called two times within one ' // 'timestep'
[254]231       CALL message( 'flow_statistics', 'PA0190', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1007]232
[1]233    ENDIF
234
235!
236!-- Compute statistics for each (sub-)region
237    DO  sr = 0, statistic_regions
238
239!
240!--    Initialize (local) summation array
[1353]241       sums_l = 0.0_wp
[3658]242#ifdef _OPENACC
243       !$ACC KERNELS PRESENT(sums_l)
244       sums_l = 0.0_wp
245       !$ACC END KERNELS
246#endif
[1]247
248!
[4646]249!--    Store sums that have been computed in other subroutines in summation array
[1]250       sums_l(:,11,:) = sums_l_l(:,sr,:)      ! mixing length from diffusivities
[4472]251!--    WARNING: next line still has to be adjusted for OpenMP
[4646]252       sums_l(:,21,0) = sums_wsts_bc_l(:,sr) *                                                     &
[2037]253                        heatflux_output_conversion  ! heat flux from advec_s_bc
[87]254       sums_l(nzb+9,pr_palm,0)  = sums_divold_l(sr)  ! old divergence from pres
255       sums_l(nzb+10,pr_palm,0) = sums_divnew_l(sr)  ! new divergence from pres
[1]256
[667]257!
[4646]258!--    When calcuating horizontally-averaged total (resolved- plus subgrid-scale) vertical fluxes
259!--    and velocity variances by using commonly-applied Reynolds-based methods
260!--    ( e.g. <w'pt'> = (w-<w>)*(pt-<pt>) ) in combination with the 5th order advection scheme,
261!--    pronounced artificial kinks could be observed in the vertical profiles near the surface.
262!--    Please note: these kinks were not related to the model truth, i.e. these kinks are just
263!--    related to an evaluation problem.
264!--    In order avoid these kinks, vertical fluxes and horizontal as well vertical velocity
265!--    variances are calculated directly within the advection routines, according to the numerical
266!--    discretization, to evaluate the statistical quantities as they will appear within the
267!--    prognostic equations.
268!--    Copy the turbulent quantities, evaluated in the advection routines to the local array
269!--    sums_l() for further computations.
[743]270       IF ( ws_scheme_mom .AND. sr == 0 )  THEN
[696]271
[1007]272!
[4646]273!--       According to the Neumann bc for the horizontal velocity components, the corresponding
274!--       fluxes has to satisfiy the same bc.
[3294]275          IF ( ocean_mode )  THEN
[801]276             sums_us2_ws_l(nzt+1,:) = sums_us2_ws_l(nzt,:)
[1007]277             sums_vs2_ws_l(nzt+1,:) = sums_vs2_ws_l(nzt,:)
[673]278          ENDIF
[696]279
280          DO  i = 0, threads_per_task-1
[1007]281!
[696]282!--          Swap the turbulent quantities evaluated in advec_ws.
[4646]283             sums_l(:,13,i) = sums_wsus_ws_l(:,i) * momentumflux_output_conversion ! w*u*
284             sums_l(:,15,i) = sums_wsvs_ws_l(:,i) * momentumflux_output_conversion ! w*v*
285             sums_l(:,30,i) = sums_us2_ws_l(:,i)                                   ! u*2
286             sums_l(:,31,i) = sums_vs2_ws_l(:,i)                                   ! v*2
287             sums_l(:,32,i) = sums_ws2_ws_l(:,i)                                   ! w*2
288             sums_l(:,34,i) = sums_l(:,34,i) + 0.5_wp *                                            &
289                              ( sums_us2_ws_l(:,i) + sums_vs2_ws_l(:,i) + sums_ws2_ws_l(:,i) )  ! e*
[667]290          ENDDO
[696]291
[667]292       ENDIF
[696]293
[1567]294       IF ( ws_scheme_sca .AND. sr == 0 )  THEN
[696]295
296          DO  i = 0, threads_per_task-1
[4646]297             sums_l(:,17,i)                        = sums_wspts_ws_l(:,i)                          &
298                                                     * heatflux_output_conversion   ! w*pt*
299             IF ( ocean_mode     ) sums_l(:,66,i)  = sums_wssas_ws_l(:,i)           ! w*sa*
300             IF ( humidity       ) sums_l(:,49,i)  = sums_wsqs_ws_l(:,i)                           &
301                                                     * waterflux_output_conversion  ! w*q*
302             IF ( passive_scalar ) sums_l(:,114,i) = sums_wsss_ws_l(:,i)            ! w*s*
[696]303          ENDDO
304
[667]305       ENDIF
[4472]306!
[4464]307!--    Horizontally averaged profiles of horizontal velocities and temperature.
[4646]308!--    They must have been computed before, because they are already required for other horizontal
309!--    averages.
[1]310       tn = 0
[2232]311       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn, flag )
312       !$ tn = omp_get_thread_num()
[1]313       !$OMP DO
[3658]314       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k, flag) &
[4346]315       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, u, v, pt, rmask, sums_l)
[1]316       DO  i = nxl, nxr
317          DO  j =  nys, nyn
[2232]318             DO  k = nzb, nzt+1
[4346]319                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[3658]320                !$ACC ATOMIC
[4646]321                sums_l(k,1,tn)  = sums_l(k,1,tn)  + u(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]322                !$ACC ATOMIC
[4646]323                sums_l(k,2,tn)  = sums_l(k,2,tn)  + v(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]324                !$ACC ATOMIC
[4646]325                sums_l(k,4,tn)  = sums_l(k,4,tn)  + pt(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[1]326             ENDDO
327          ENDDO
328       ENDDO
[4464]329       !$ACC UPDATE HOST(sums_l(:,1,tn), sums_l(:,2,tn), sums_l(:,4,tn))
[1]330
331!
[96]332!--    Horizontally averaged profile of salinity
[3294]333       IF ( ocean_mode )  THEN
[96]334          !$OMP DO
335          DO  i = nxl, nxr
336             DO  j =  nys, nyn
[2232]337                DO  k = nzb, nzt+1
[4646]338                   sums_l(k,23,tn)  = sums_l(k,23,tn) + sa(k,j,i)                                  &
339                                      * rmask(j,i,sr)                                              &
340                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                                     &
341                                               BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[96]342                ENDDO
343             ENDDO
344          ENDDO
345       ENDIF
346
347!
[4646]348!--    Horizontally averaged profiles of virtual potential temperature, total water content, water
349!--    vapor mixing ratio and liquid water potential temperature
[75]350       IF ( humidity )  THEN
[1]351          !$OMP DO
352          DO  i = nxl, nxr
353             DO  j =  nys, nyn
[2232]354                DO  k = nzb, nzt+1
[4346]355                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[4646]356                   sums_l(k,44,tn)  = sums_l(k,44,tn) + vpt(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
357                   sums_l(k,41,tn)  = sums_l(k,41,tn) + q(k,j,i) * rmask(j,i,sr)   * flag
[1]358                ENDDO
359             ENDDO
360          ENDDO
[3274]361          IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[1]362             !$OMP DO
363             DO  i = nxl, nxr
364                DO  j =  nys, nyn
[2232]365                   DO  k = nzb, nzt+1
[4346]366                      flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[2232]367                      sums_l(k,42,tn) = sums_l(k,42,tn) +                      &
[4646]368                                        ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) * rmask(j,i,sr) * flag
369                      sums_l(k,43,tn) = sums_l(k,43,tn) + (                                        &
370                                           pt(k,j,i) + lv_d_cp * d_exner(k) * ql(k,j,i)            &
371                                                          ) * rmask(j,i,sr) * flag
[1]372                   ENDDO
373                ENDDO
374             ENDDO
375          ENDIF
376       ENDIF
377
378!
379!--    Horizontally averaged profiles of passive scalar
380       IF ( passive_scalar )  THEN
381          !$OMP DO
382          DO  i = nxl, nxr
383             DO  j =  nys, nyn
[2232]384                DO  k = nzb, nzt+1
[4646]385                   sums_l(k,115,tn)  = sums_l(k,115,tn) + s(k,j,i)                                 &
386                                       * rmask(j,i,sr)                                             &
387                                       * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                                    &
388                                                BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[1]389                ENDDO
390             ENDDO
391          ENDDO
392       ENDIF
393       !$OMP END PARALLEL
394!
395!--    Summation of thread sums
396       IF ( threads_per_task > 1 )  THEN
397          DO  i = 1, threads_per_task-1
398             sums_l(:,1,0) = sums_l(:,1,0) + sums_l(:,1,i)
399             sums_l(:,2,0) = sums_l(:,2,0) + sums_l(:,2,i)
400             sums_l(:,4,0) = sums_l(:,4,0) + sums_l(:,4,i)
[3294]401             IF ( ocean_mode )  THEN
[96]402                sums_l(:,23,0) = sums_l(:,23,0) + sums_l(:,23,i)
403             ENDIF
[75]404             IF ( humidity )  THEN
[1]405                sums_l(:,41,0) = sums_l(:,41,0) + sums_l(:,41,i)
406                sums_l(:,44,0) = sums_l(:,44,0) + sums_l(:,44,i)
[3274]407                IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[1]408                   sums_l(:,42,0) = sums_l(:,42,0) + sums_l(:,42,i)
409                   sums_l(:,43,0) = sums_l(:,43,0) + sums_l(:,43,i)
410                ENDIF
411             ENDIF
412             IF ( passive_scalar )  THEN
[2270]413                sums_l(:,115,0) = sums_l(:,115,0) + sums_l(:,115,i)
[1]414             ENDIF
415          ENDDO
416       ENDIF
417
418#if defined( __parallel )
419!
420!--    Compute total sum from local sums
[622]421       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]422       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,1,0), sums(nzb,1), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
423                           ierr )
[622]424       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]425       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,2,0), sums(nzb,2), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
426                           ierr )
[622]427       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]428       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,4,0), sums(nzb,4), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
429                           ierr )
[3294]430       IF ( ocean_mode )  THEN
[622]431          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]432          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,23,0), sums(nzb,23), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
433                              ierr )
[96]434       ENDIF
[75]435       IF ( humidity ) THEN
[622]436          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]437          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,44,0), sums(nzb,44), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
438                              ierr )
[622]439          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]440          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,41,0), sums(nzb,41), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
441                              ierr )
[3274]442          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
[622]443             IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]444             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,42,0), sums(nzb,42), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,     &
445                                 comm2d, ierr )
[622]446             IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]447             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,43,0), sums(nzb,43), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,     &
448                                 comm2d, ierr )
[1]449          ENDIF
450       ENDIF
451
452       IF ( passive_scalar )  THEN
[622]453          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]454          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,115,0), sums(nzb,115), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,      &
455                              comm2d, ierr )
[1]456       ENDIF
457#else
458       sums(:,1) = sums_l(:,1,0)
459       sums(:,2) = sums_l(:,2,0)
460       sums(:,4) = sums_l(:,4,0)
[3294]461       IF ( ocean_mode )  sums(:,23) = sums_l(:,23,0)
[75]462       IF ( humidity ) THEN
[1]463          sums(:,44) = sums_l(:,44,0)
464          sums(:,41) = sums_l(:,41,0)
[3274]465          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
[1]466             sums(:,42) = sums_l(:,42,0)
467             sums(:,43) = sums_l(:,43,0)
468          ENDIF
469       ENDIF
[2270]470       IF ( passive_scalar )  sums(:,115) = sums_l(:,115,0)
[1]471#endif
472
473!
[4646]474!--    Final values are obtained by division by the total number of grid points used for summation.
475!--    After that store profiles.
[132]476       sums(:,1) = sums(:,1) / ngp_2dh(sr)
477       sums(:,2) = sums(:,2) / ngp_2dh(sr)
478       sums(:,4) = sums(:,4) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
[1]479       hom(:,1,1,sr) = sums(:,1)             ! u
480       hom(:,1,2,sr) = sums(:,2)             ! v
481       hom(:,1,4,sr) = sums(:,4)             ! pt
[4464]482       !$ACC UPDATE DEVICE(hom(:,1,1,sr), hom(:,1,2,sr), hom(:,1,4,sr))
483
484
[1]485!
[96]486!--    Salinity
[3294]487       IF ( ocean_mode )  THEN
[132]488          sums(:,23) = sums(:,23) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
[96]489          hom(:,1,23,sr) = sums(:,23)             ! sa
490       ENDIF
491
492!
[1]493!--    Humidity and cloud parameters
[75]494       IF ( humidity ) THEN
[132]495          sums(:,44) = sums(:,44) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
496          sums(:,41) = sums(:,41) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
[1]497          hom(:,1,44,sr) = sums(:,44)             ! vpt
498          hom(:,1,41,sr) = sums(:,41)             ! qv (q)
[3274]499          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
[132]500             sums(:,42) = sums(:,42) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
501             sums(:,43) = sums(:,43) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
[1]502             hom(:,1,42,sr) = sums(:,42)             ! qv
503             hom(:,1,43,sr) = sums(:,43)             ! pt
504          ENDIF
505       ENDIF
506
507!
508!--    Passive scalar
[4646]509       IF ( passive_scalar )  hom(:,1,115,sr) = sums(:,115) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)  ! s
[1]510
511!
[4646]512!--    Horizontally averaged profiles of the remaining prognostic variables, variances, the total
513!--    and the perturbation energy (single values in last column of sums_l) and some diagnostic
514!--    quantities.
515!--    NOTE: for simplicity, nzb_s_inner is used below, although strictly speaking the following
516!--    ----  k-loop would have to be split up and rearranged according to the staggered grid.
517!--          However, this implies no error since staggered velocity components are zero at the
518!--          walls and inside buildings.
[1]519       tn = 0
[3241]520       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, pts, sums_ll,                          &
[1815]521       !$OMP                   sums_l_etot, tn, ust, ust2, u2, vst, vst2, v2,  &
[2232]522       !$OMP                   w2, flag, m, ki, l )
523       !$ tn = omp_get_thread_num()
[1]524       !$OMP DO
[3658]525       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j, k, m) &
[4472]526       !$ACC PRIVATE(sums_l_etot, flag, du_dx, du_dy, du_dz) &
527       !$ACC PRIVATE(dv_dx, dv_dy, dv_dz, dw_dx, dw_dy, dw_dz) &
528       !$ACC PRIVATE(s11, s21, s31, s12, s22, s32, s13, s23, s33) &
529       !$ACC PRIVATE(dissipation, eta) &
[4346]530       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, rmask, momentumflux_output_conversion) &
[4472]531       !$ACC PRESENT(hom(:,1,1:2,sr), hom(:,1,4,sr)) &
[3658]532       !$ACC PRESENT(e, u, v, w, km, kh, p, pt) &
[4472]533       !$ACC PRESENT(ddx, ddy, ddzu, ddzw) &
[4671]534       !$ACC PRESENT(surf_def_h(0), surf_lsm_h(0), surf_usm_h(0)) &
[3658]535       !$ACC PRESENT(sums_l)
[1]536       DO  i = nxl, nxr
537          DO  j =  nys, nyn
[1353]538             sums_l_etot = 0.0_wp
[2232]539             DO  k = nzb, nzt+1
[4346]540                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[1]541!
542!--             Prognostic and diagnostic variables
[3658]543                !$ACC ATOMIC
[4646]544                sums_l(k,3,tn)  = sums_l(k,3,tn)  + w(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
[4464]545                !$ACC ATOMIC
[4646]546                sums_l(k,8,tn)  = sums_l(k,8,tn)  + e(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]547                !$ACC ATOMIC
[4646]548                sums_l(k,9,tn)  = sums_l(k,9,tn)  + km(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]549                !$ACC ATOMIC
[4646]550                sums_l(k,10,tn) = sums_l(k,10,tn) + kh(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]551                !$ACC ATOMIC
[4646]552                sums_l(k,40,tn) = sums_l(k,40,tn) + ( p(k,j,i)                                     &
553                                         / momentumflux_output_conversion(k) ) * flag
[1]554
[3658]555                !$ACC ATOMIC
[1]556                sums_l(k,33,tn) = sums_l(k,33,tn) + &
[4646]557                                  ( pt(k,j,i)-hom(k,1,4,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]558#ifndef _OPENACC
[624]559                IF ( humidity )  THEN
[4646]560                   sums_l(k,70,tn) = sums_l(k,70,tn) +                                             &
561                                     ( q(k,j,i)-hom(k,1,41,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
[624]562                ENDIF
[1960]563                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]564                   sums_l(k,116,tn) = sums_l(k,116,tn) +                                           &
565                                      ( s(k,j,i)-hom(k,1,115,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
[1960]566                ENDIF
[3658]567#endif
[699]568!
569!--             Higher moments
570!--             (Computation of the skewness of w further below)
[3658]571                !$ACC ATOMIC
[4646]572                sums_l(k,38,tn) = sums_l(k,38,tn) + w(k,j,i)**3 * rmask(j,i,sr) * flag
[667]573
[4646]574                sums_l_etot  = sums_l_etot + 0.5_wp * ( u(k,j,i)**2 + v(k,j,i)**2 + w(k,j,i)**2 )  &
575                                             * rmask(j,i,sr) * flag
[4472]576
[1]577!
[4646]578!--             Computation of the Kolmogorov length scale. Calculation is based on gradients of the
579!--             deviations from the horizontal mean.
[4472]580!--             Kolmogorov scale at the boundaries (k=0/z=0m and k=nzt+1) is set to zero.
581                IF ( kolmogorov_length_scale .AND. k /= nzb .AND. k /= nzt+1) THEN
582                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
583
584!
585!--                Calculate components of the fluctuating rate-of-strain tensor
[4646]586!--                (0.5*(del u'_i/del x_j + del u'_j/del x_i)) defined in the center of each grid
587!--                box.
588                   du_dx = ( ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                                      &
[4472]589                             ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) ) * ddx
[4646]590                   du_dy = 0.25_wp * ddy *                                                         &
591                           ( ( u(k,j+1,i) - hom(k,1,1,sr) ) -                                      &
592                             ( u(k,j-1,i) - hom(k,1,1,sr) ) +                                      &
593                             ( u(k,j+1,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                                    &
[4472]594                             ( u(k,j-1,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) )
[4646]595                   du_dz = 0.25_wp * ( ( ( u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) ) -                        &
596                                         ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) ) *                          &
597                                       ddzu(k+1) +                                                 &
598                                       ( ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) -                            &
599                                         ( u(k-1,j,i) - hom(k-1,1,1,sr) ) ) *                      &
600                                       ddzu(k) +                                                   &
601                                       ( ( u(k+1,j,i+1) - hom(k+1,1,1,sr) ) -                      &
602                                         ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) ) *                        &
603                                       ddzu(k+1) +                                                 &
604                                       ( ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                          &
605                                         ( u(k-1,j,i+1) - hom(k-1,1,1,sr) ) ) *                    &
606                                       ddzu(k) )
[4472]607
[4646]608                   dv_dx = 0.25_wp * ddx *                                                         &
609                           ( ( v(k,j,i+1) - hom(k,1,2,sr) ) -                                      &
610                             ( v(k,j,i-1) - hom(k,1,2,sr) ) +                                      &
611                             ( v(k,j+1,i+1) - hom(k,1,2,sr) ) -                                    &
[4472]612                             ( v(k,j+1,i-1) - hom(k,1,2,sr) ) )
[4646]613                   dv_dy = ( ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) - ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) * ddy
614                   dv_dz = 0.25_wp * ( ( ( v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) ) -                        &
615                                         ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) *                          &
616                                       ddzu(k+1) +                                                 &
617                                       ( ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) -                            &
618                                         ( v(k-1,j,i) - hom(k-1,1,2,sr) ) ) *                      &
619                                       ddzu(k) +                                                   &
620                                       ( ( v(k+1,j+1,i) - hom(k+1,1,2,sr) ) -                      &
621                                         ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) *                        &
622                                       ddzu(k+1) +                                                 &
623                                       ( ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) -                          &
624                                         ( v(k-1,j+1,i) - hom(k-1,1,2,sr) ) ) *                    &
625                                       ddzu(k) )
[4472]626
[4646]627                   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) )
628                   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]629                   dw_dz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k)
630
631                   s11 = 0.5_wp * ( du_dx + du_dx )
632                   s21 = 0.5_wp * ( dv_dx + du_dy )
633                   s31 = 0.5_wp * ( dw_dx + du_dz )
634
635                   s12 = s21
636                   s22 = 0.5 * ( dv_dy + dv_dy )
637                   s32 = 0.5 * ( dw_dy + dv_dz )
638
639                   s13 = s31
640                   s23 = s32
641                   s33 = 0.5_wp * ( dw_dz + dw_dz )
642
[4646]643!--                Calculate 3D instantaneous energy dissipation rate following Pope (2000):
644!--                Turbulent flows, p.259. It is defined in the center of each grid volume.
645                   dissipation = 2.0_wp * km(k,j,i) *                                              &
646                                ( s11*s11 + s21*s21 + s31*s31 +                                    &
647                                  s12*s12 + s22*s22 + s32*s32 +                                    &
648                                  s13*s13 + s23*s23 + s33*s33 )
[4472]649                   eta         = ( km(k,j,i)**3.0_wp / ( dissipation+1.0E-12 ) )**(1.0_wp/4.0_wp)
650
651                   !$ACC ATOMIC
[4646]652                   sums_l(k,121,tn) = sums_l(k,121,tn) + eta * rmask(j,i,sr) * flag
[4472]653
654
655                ENDIF !Kolmogorov length scale
656
657             ENDDO !k-loop
658!
[4646]659!--          Total and perturbation energy for the total domain (being collected in the last column
660!--          of sums_l). Summation of these quantities is seperated from the previous loop in order
661!--          to allow vectorization of that loop.
[3658]662             !$ACC ATOMIC
[87]663             sums_l(nzb+4,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+4,pr_palm,tn) + sums_l_etot
[1]664!
665!--          2D-arrays (being collected in the last column of sums_l)
[4646]666             IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
[2232]667                m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
[3658]668                !$ACC ATOMIC
[4646]669                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
670                                           surf_def_h(0)%us(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]671                !$ACC ATOMIC
[4646]672                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
673                                           surf_def_h(0)%usws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]674                !$ACC ATOMIC
[4646]675                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
676                                           surf_def_h(0)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]677                !$ACC ATOMIC
[4646]678                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
679                                           surf_def_h(0)%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]680#ifndef _OPENACC
[2232]681                IF ( humidity )  THEN
[4646]682                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
683                                               surf_def_h(0)%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
[2232]684                ENDIF
685                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]686                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
687                                               surf_def_h(0)%ss(m)   * rmask(j,i,sr)
[2232]688                ENDIF
[3658]689#endif
[2773]690!
691!--             Summation of surface temperature.
[3658]692                !$ACC ATOMIC
[4646]693                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn)   +                          &
694                                            surf_def_h(0)%pt_surface(m) * rmask(j,i,sr)
[197]695             ENDIF
[4671]696             IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
697                m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
[3658]698                !$ACC ATOMIC
[4646]699                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
[4671]700                                           surf_lsm_h(0)%us(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]701                !$ACC ATOMIC
[4646]702                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
[4671]703                                           surf_lsm_h(0)%usws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]704                !$ACC ATOMIC
[4646]705                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
[4671]706                                           surf_lsm_h(0)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]707                !$ACC ATOMIC
[4646]708                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
[4671]709                                           surf_lsm_h(0)%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]710#ifndef _OPENACC
[2232]711                IF ( humidity )  THEN
[4646]712                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
[4671]713                                               surf_lsm_h(0)%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
[2232]714                ENDIF
715                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]716                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
[4671]717                                               surf_lsm_h(0)%ss(m)   * rmask(j,i,sr)
[2232]718                ENDIF
[3658]719#endif
[2773]720!
721!--             Summation of surface temperature.
[3658]722                !$ACC ATOMIC
[4646]723                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) +                            &
[4671]724                                            surf_lsm_h(0)%pt_surface(m) * rmask(j,i,sr)
[1960]725             ENDIF
[4671]726             IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
727                m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
[3658]728                !$ACC ATOMIC
[4646]729                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
[4671]730                                           surf_usm_h(0)%us(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]731                !$ACC ATOMIC
[4646]732                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
[4671]733                                           surf_usm_h(0)%usws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]734                !$ACC ATOMIC
[4646]735                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
[4671]736                                           surf_usm_h(0)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
[3658]737                !$ACC ATOMIC
[4646]738                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
[4671]739                                           surf_usm_h(0)%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
[3658]740#ifndef _OPENACC
[2232]741                IF ( humidity )  THEN
[4646]742                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
[4671]743                                               surf_usm_h(0)%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
[2232]744                ENDIF
745                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]746                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
[4671]747                                               surf_usm_h(0)%ss(m) * rmask(j,i,sr)
[2232]748                ENDIF
[3658]749#endif
[2773]750!
751!--             Summation of surface temperature.
[3658]752                !$ACC ATOMIC
[4646]753                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) +                            &
[4671]754                                            surf_usm_h(0)%pt_surface(m)  * rmask(j,i,sr)
[2232]755             ENDIF
[4472]756          ENDDO !j-loop
757       ENDDO !i-loop
[3658]758       !$ACC UPDATE &
759       !$ACC HOST(sums_l(:,3,tn), sums_l(:,8,tn), sums_l(:,9,tn)) &
760       !$ACC HOST(sums_l(:,10,tn), sums_l(:,40,tn), sums_l(:,33,tn)) &
[4472]761       !$ACC HOST(sums_l(:,38,tn), sums_l(:,121,tn)) &
[3658]762       !$ACC HOST(sums_l(nzb:nzb+4,pr_palm,tn), sums_l(nzb+14:nzb+14,pr_palm,tn))
[1]763
764!
[4472]765!--    Computation of statistics when ws-scheme is not used. Else these
[667]766!--    quantities are evaluated in the advection routines.
[4646]767       IF ( .NOT. ws_scheme_mom .OR. sr /= 0 .OR. simulated_time == 0.0_wp )  THEN
[667]768          !$OMP DO
769          DO  i = nxl, nxr
770             DO  j =  nys, nyn
[2232]771                DO  k = nzb, nzt+1
[4346]772                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[2232]773
[667]774                   u2   = u(k,j,i)**2
775                   v2   = v(k,j,i)**2
776                   w2   = w(k,j,i)**2
777                   ust2 = ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )**2
778                   vst2 = ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )**2
779
[4646]780                   sums_l(k,30,tn) = sums_l(k,30,tn) + ust2 * rmask(j,i,sr) * flag
781                   sums_l(k,31,tn) = sums_l(k,31,tn) + vst2 * rmask(j,i,sr) * flag
782                   sums_l(k,32,tn) = sums_l(k,32,tn) + w2   * rmask(j,i,sr) * flag
[667]783!
[2026]784!--                Perturbation energy
[4646]785                   sums_l(k,34,tn) = sums_l(k,34,tn) +                                             &
786                                     0.5_wp * ( ust2 + vst2 + w2 ) * rmask(j,i,sr) * flag
[667]787                ENDDO
788             ENDDO
789          ENDDO
790       ENDIF
[2026]791!
[4646]792!--    Computaion of domain-averaged perturbation energy. Please note, to prevent that perturbation
793!--    energy is larger (even if only slightly) than the total kinetic energy, calculation is based
794!--    on deviations from the horizontal mean, instead of spatial descretization of the advection
[4472]795!--    term.
[2026]796       !$OMP DO
[3658]797       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k, flag, w2, ust2, vst2) &
[4346]798       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, u, v, w, rmask, hom(:,1,1:2,sr)) &
[3658]799       !$ACC PRESENT(sums_l)
[2026]800       DO  i = nxl, nxr
801          DO  j =  nys, nyn
[2232]802             DO  k = nzb, nzt+1
[4346]803                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[2232]804
[2026]805                w2   = w(k,j,i)**2
806                ust2 = ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )**2
807                vst2 = ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )**2
808                w2   = w(k,j,i)**2
[1241]809
[3658]810                !$ACC ATOMIC
[4646]811                sums_l(nzb+5,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+5,pr_palm,tn)                                &
812                                           + 0.5_wp * ( ust2 + vst2 + w2 ) * rmask(j,i,sr) * flag
[4472]813
[2026]814             ENDDO
815          ENDDO
816       ENDDO
[3658]817       !$ACC UPDATE HOST(sums_l(nzb+5:nzb+5,pr_palm,tn))
[2026]818
[667]819!
[1]820!--    Horizontally averaged profiles of the vertical fluxes
821       !$OMP DO
[3658]822       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j, k, l, m) &
823       !$ACC PRIVATE(ki, flag, ust, vst, pts) &
824       !$ACC PRESENT(kh, km, u, v, w, pt) &
[4346]825       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, rmask, ddzu, rho_air_zw, hom(:,1,1:4,sr)) &
[3658]826       !$ACC PRESENT(heatflux_output_conversion, momentumflux_output_conversion) &
[4672]827       !$ACC PRESENT(surf_def_h(0:2), surf_lsm_h(0:1), surf_usm_h(0:1)) &
[3658]828       !$ACC PRESENT(sums_l)
[1]829       DO  i = nxl, nxr
830          DO  j = nys, nyn
831!
[4646]832!--          Subgridscale fluxes (without Prandtl layer from k=nzb, oterwise from k=nzb+1)
833!--          NOTE: for simplicity, nzb_diff_s_inner is used below, although strictly speaking the
834!--          ----  following k-loop would have to be split up according to the staggered grid.
835!--                However, this implies no error since staggered velocity components are zero at
836!--                the walls and inside buildings.
837!--          Flag 23 is used to mask surface fluxes as well as model-top fluxes, which are added
838!--          further below.
[2232]839             DO  k = nzb, nzt
[4646]840                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *           &
841                       MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
[1]842!
843!--             Momentum flux w"u"
[3658]844                !$ACC ATOMIC
[4646]845                sums_l(k,12,tn) = sums_l(k,12,tn) - 0.25_wp * (                                    &
846                                  km(k,j,i) + km(k+1,j,i) + km(k,j,i-1) + km(k+1,j,i-1)            &
847                                                              ) * (                                &
848                                      ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)                      &
849                                    + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx                            &
850                                                                  ) * rmask(j,i,sr)                &
851                                            * rho_air_zw(k)                                        &
852                                            * momentumflux_output_conversion(k)                    &
853                                            * flag
[1]854!
855!--             Momentum flux w"v"
[3658]856                !$ACC ATOMIC
[4646]857                sums_l(k,14,tn) = sums_l(k,14,tn) - 0.25_wp * (                                    &
858                                  km(k,j,i) + km(k+1,j,i) + km(k,j-1,i) + km(k+1,j-1,i)            &
859                                                              ) * (                                &
860                                      ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)                      &
861                                    + ( w(k,j,i)   - w(k,j-1,i) ) * ddy                            &
862                                                                  ) * rmask(j,i,sr)                &
863                                            * rho_air_zw(k)                                        &
864                                            * momentumflux_output_conversion(k)                    &
865                                            * flag
[1]866!
867!--             Heat flux w"pt"
[3658]868                !$ACC ATOMIC
[4646]869                sums_l(k,16,tn) = sums_l(k,16,tn)                                                  &
870                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
871                                               * ( pt(k+1,j,i) - pt(k,j,i) )                       &
872                                               * rho_air_zw(k)                                     &
873                                               * heatflux_output_conversion(k)                     &
874                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                         &
[2232]875                                               * flag
[1]876
877!
[96]878!--             Salinity flux w"sa"
[3658]879#ifndef _OPENACC
[3294]880                IF ( ocean_mode )  THEN
[4646]881                   sums_l(k,65,tn) = sums_l(k,65,tn)                                               &
882                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
883                                               * ( sa(k+1,j,i) - sa(k,j,i) )                       &
884                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                         &
[2232]885                                               * flag
[96]886                ENDIF
887
888!
[1]889!--             Buoyancy flux, water flux (humidity flux) w"q"
[75]890                IF ( humidity ) THEN
[4646]891                   sums_l(k,45,tn) = sums_l(k,45,tn)                                               &
892                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
893                                               * ( vpt(k+1,j,i) - vpt(k,j,i) )                     &
894                                               * rho_air_zw(k)                                     &
895                                               * heatflux_output_conversion(k)                     &
[2232]896                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
[4646]897                   sums_l(k,48,tn) = sums_l(k,48,tn)                                               &
898                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
899                                               * ( q(k+1,j,i) - q(k,j,i) )                         &
900                                               * rho_air_zw(k)                                     &
901                                               * waterflux_output_conversion(k)                    &
[2232]902                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
[1007]903
[3274]904                   IF ( bulk_cloud_model ) THEN
[4646]905                      sums_l(k,51,tn) = sums_l(k,51,tn)                                            &
906                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
907                                               * ( ( q(k+1,j,i) - ql(k+1,j,i) )                    &
908                                                - ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) )                       &
909                                               * rho_air_zw(k)                                     &
910                                               * waterflux_output_conversion(k)                    &
[2232]911                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
[1]912                   ENDIF
913                ENDIF
914
915!
916!--             Passive scalar flux
917                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]918                   sums_l(k,117,tn) = sums_l(k,117,tn)                                             &
919                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
920                                                  * ( s(k+1,j,i) - s(k,j,i) )                      &
921                                                  * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                      &
[2232]922                                                              * flag
[1]923                ENDIF
[3658]924#endif
[1]925
926             ENDDO
927
928!
929!--          Subgridscale fluxes in the Prandtl layer
930             IF ( use_surface_fluxes )  THEN
[2232]931                DO  l = 0, 1
[3658]932                   ! The original code using MERGE doesn't work with the PGI
933                   ! compiler when running on the GPU.
[3676]934                   ! This is submitted as a compiler Bug in PGI ticket TPR#26718
[3658]935                   ! ki = MERGE( -1, 0, l == 0 )
936                   ki = -1 + l
[2232]937                   IF ( surf_def_h(l)%ns >= 1 )  THEN
[4646]938                      DO  m = surf_def_h(l)%start_index(j,i),                                      &
[2696]939                              surf_def_h(l)%end_index(j,i)
[2232]940                         k = surf_def_h(l)%k(m)
941
[3658]942                         !$ACC ATOMIC
[4646]943                         sums_l(k+ki,12,tn) = sums_l(k+ki,12,tn) +                                 &
944                                              momentumflux_output_conversion(k+ki) *               &
945                                              surf_def_h(l)%usws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"u"
[3658]946                         !$ACC ATOMIC
[4646]947                         sums_l(k+ki,14,tn) = sums_l(k+ki,14,tn) +                                 &
948                                              momentumflux_output_conversion(k+ki) *               &
949                                              surf_def_h(l)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"v"
[3658]950                         !$ACC ATOMIC
[4646]951                         sums_l(k+ki,16,tn) = sums_l(k+ki,16,tn) +                                 &
952                                              heatflux_output_conversion(k+ki) *                   &
953                                              surf_def_h(l)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)     ! w"pt"
[3658]954#if 0
[4646]955                         sums_l(k+ki,58,tn) = sums_l(k+ki,58,tn) +                                 &
956                                              0.0_wp * rmask(j,i,sr)                    ! u"pt"
957                         sums_l(k+ki,61,tn) = sums_l(k+ki,61,tn) +                                 &
958                                              0.0_wp * rmask(j,i,sr)                    ! v"pt"
[3658]959#endif
960#ifndef _OPENACC
[3294]961                         IF ( ocean_mode )  THEN
[4646]962                            sums_l(k+ki,65,tn) = sums_l(k+ki,65,tn) +                              &
963                                                 surf_def_h(l)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
[2232]964                         ENDIF
965                         IF ( humidity )  THEN
[4646]966                            sums_l(k+ki,48,tn) = sums_l(k+ki,48,tn) +                              &
967                                                 waterflux_output_conversion(k+ki) *               &
968                                                 surf_def_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"q" (w"qv")
969                            sums_l(k+ki,45,tn) = sums_l(k+ki,45,tn) +  (                           &
970                                                 ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(k+ki,j,i) ) *              &
971                                                 surf_def_h(l)%shf(m) + 0.61_wp * pt(k+ki,j,i) *   &
972                                                 surf_def_h(l)%qsws(m) )                           &
973                                                 * heatflux_output_conversion(k+ki)
[2232]974                            IF ( cloud_droplets )  THEN
[4646]975                               sums_l(k+ki,45,tn) = sums_l(k+ki,45,tn) +      (                    &
976                                                    ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(k+ki,j,i) -             &
977                                                      ql(k+ki,j,i) ) * surf_def_h(l)%shf(m) +      &
978                                                      0.61_wp * pt(k+ki,j,i)                       &
979                                                      * surf_def_h(l)%qsws(m) )                    &
980                                                    * heatflux_output_conversion(k+ki)
[2232]981                            ENDIF
[3274]982                            IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[2232]983!
984!--                            Formula does not work if ql(k+ki) /= 0.0
[4646]985                               sums_l(k+ki,51,tn) = sums_l(k+ki,51,tn) +                           &
986                                                    waterflux_output_conversion(k+ki) *            &
987                                                    surf_def_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
[2232]988                            ENDIF
989                         ENDIF
990                         IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]991                            sums_l(k+ki,117,tn) = sums_l(k+ki,117,tn) +                            &
992                                                  surf_def_h(l)%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
[2232]993                         ENDIF
[3658]994#endif
[2232]995
996                      ENDDO
997
998                   ENDIF
[4671]999                   IF ( surf_lsm_h(l)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(l)%start_index(j,i) )  THEN
1000                      m = surf_lsm_h(l)%start_index(j,i)
1001                      !$ACC ATOMIC
1002                      sums_l(nzb,12,tn) = sums_l(nzb,12,tn) +                                         &
1003                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1004                                          surf_lsm_h(l)%usws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"u"
1005                      !$ACC ATOMIC
1006                      sums_l(nzb,14,tn) = sums_l(nzb,14,tn) +                                         &
1007                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1008                                          surf_lsm_h(l)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"v"
1009                      !$ACC ATOMIC
1010                      sums_l(nzb,16,tn) = sums_l(nzb,16,tn) +                                         &
1011                                          heatflux_output_conversion(nzb) *                           &
1012                                          surf_lsm_h(l)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)     ! w"pt"
[3658]1013#if 0
[4671]1014                      sums_l(nzb,58,tn) = sums_l(nzb,58,tn) +                                         &
1015                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! u"pt"
1016                      sums_l(nzb,61,tn) = sums_l(nzb,61,tn) +                                         &
1017                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! v"pt"
[3658]1018#endif
1019#ifndef _OPENACC
[4671]1020                      IF ( ocean_mode )  THEN
1021                         sums_l(nzb,65,tn) = sums_l(nzb,65,tn) +                                      &
1022                                             surf_lsm_h(l)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
1023                      ENDIF
1024                      IF ( humidity )  THEN
1025                         sums_l(nzb,48,tn) = sums_l(nzb,48,tn) +                                      &
1026                                             waterflux_output_conversion(nzb) *                       &
1027                                             surf_lsm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"q" (w"qv")
1028                         sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                    &
1029                                             ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) ) * surf_lsm_h(l)%shf(m) +  &
1030                                               0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_lsm_h(l)%qsws(m) )           &
[4646]1031                                             * heatflux_output_conversion(nzb)
[4671]1032                         IF ( cloud_droplets )  THEN
1033                            sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                 &
1034                                                ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) -                     &
1035                                                  ql(nzb,j,i) ) * surf_lsm_h(l)%shf(m) +                 &
1036                                                  0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_lsm_h(l)%qsws(m) )        &
1037                                                * heatflux_output_conversion(nzb)
1038                         ENDIF
1039                         IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[2232]1040!
[4671]1041!--                         Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
1042                            sums_l(nzb,51,tn) = sums_l(nzb,51,tn) +                                   &
1043                                                waterflux_output_conversion(nzb) *                    &
1044                                                surf_lsm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
1045                         ENDIF
[2232]1046                      ENDIF
[4671]1047                      IF ( passive_scalar )  THEN
1048                         sums_l(nzb,117,tn) = sums_l(nzb,117,tn) +                                    &
1049                                              surf_lsm_h(l)%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
1050                      ENDIF
[3658]1051#endif
[2232]1052
[4671]1053                   ENDIF
1054                   IF ( surf_usm_h(l)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(l)%start_index(j,i) )  THEN
1055                      m = surf_usm_h(l)%start_index(j,i)
1056                      !$ACC ATOMIC
1057                      sums_l(nzb,12,tn) = sums_l(nzb,12,tn) +                                         &
1058                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1059                                          surf_usm_h(l)%usws(m) * rmask(j,i,sr)                ! w"u"
1060                      !$ACC ATOMIC
1061                      sums_l(nzb,14,tn) = sums_l(nzb,14,tn) +                                         &
1062                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1063                                          surf_usm_h(l)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)                ! w"v"
1064                      !$ACC ATOMIC
1065                      sums_l(nzb,16,tn) = sums_l(nzb,16,tn) +                                         &
1066                                          heatflux_output_conversion(nzb) *                           &
1067                                          surf_usm_h(l)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)                ! w"pt"
[3658]1068#if 0
[4671]1069                      sums_l(nzb,58,tn) = sums_l(nzb,58,tn) + 0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! u"pt"
1070                      sums_l(nzb,61,tn) = sums_l(nzb,61,tn) + 0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! v"pt"
[3658]1071#endif
1072#ifndef _OPENACC
[4671]1073                      IF ( ocean_mode )  THEN
1074                         sums_l(nzb,65,tn) = sums_l(nzb,65,tn) +                                      &
1075                                             surf_usm_h(l)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)            ! w"sa"
1076                      ENDIF
1077                      IF ( humidity )  THEN
1078                         sums_l(nzb,48,tn) = sums_l(nzb,48,tn) +                                      &
1079                                             waterflux_output_conversion(nzb) *                       &
1080                                             surf_usm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)             ! w"q" (w"qv")
1081                         sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                    &
1082                                             ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) ) *                      &
1083                                             surf_usm_h(l)%shf(m) + 0.61_wp * pt(nzb,j,i) *              &
1084                                             surf_usm_h(l)%qsws(m)  )                                    &
[4646]1085                                             * heatflux_output_conversion(nzb)
[4671]1086                         IF ( cloud_droplets )  THEN
1087                            sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                 &
1088                                                ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) -                     &
1089                                                 ql(nzb,j,i) ) * surf_usm_h(l)%shf(m) +                  &
1090                                                 0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_usm_h(l)%qsws(m) )         &
1091                                                * heatflux_output_conversion(nzb)
1092                         ENDIF
1093                         IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[1]1094!
[4671]1095!--                         Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
1096                            sums_l(nzb,51,tn) = sums_l(nzb,51,tn) +                                   &
1097                                                waterflux_output_conversion(nzb) *                    &
1098                                                surf_usm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)          ! w"q" (w"qv")
1099                         ENDIF
[2232]1100                      ENDIF
[4671]1101                      IF ( passive_scalar )  THEN
1102                         sums_l(nzb,117,tn) = sums_l(nzb,117,tn) +                                    &
1103                                              surf_usm_h(l)%ssws(m) * rmask(j,i,sr)            ! w"s"
1104                      ENDIF
[3658]1105#endif
[2232]1106
[4671]1107                   ENDIF
1108                ENDDO
[1]1109             ENDIF
1110
[3658]1111#ifndef _OPENACC
[1691]1112             IF ( .NOT. neutral )  THEN
[4646]1113                IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
[2232]1114                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
[4646]1115                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_def_h(0)%ol(m) * rmask(j,i,sr) ! L
[2232]1116                ENDIF
[4671]1117                IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1118                   m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
1119                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_lsm_h(0)%ol(m)    * rmask(j,i,sr) ! L
[2232]1120                ENDIF
[4671]1121                IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1122                   m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
1123                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_usm_h(0)%ol(m)    * rmask(j,i,sr) ! L
[2232]1124                ENDIF
[1691]1125             ENDIF
1126
[2296]1127             IF ( radiation )  THEN
[4646]1128                IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
[2696]1129                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
[4646]1130                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
1131                                        surf_def_h(0)%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
1132                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
1133                                        surf_def_h(0)%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1134                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
[2696]1135                                        surf_def_h(0)%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
[4646]1136                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
1137                                        surf_def_h(0)%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1138                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
[2696]1139                                        surf_def_h(0)%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1140                ENDIF
[4671]1141                IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1142                   m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
[4646]1143                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
[4671]1144                                        surf_lsm_h(0)%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
[4646]1145                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
[4671]1146                                        surf_lsm_h(0)%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
[4646]1147                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
[4671]1148                                        surf_lsm_h(0)%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
[4646]1149                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
[4671]1150                                        surf_lsm_h(0)%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
[4646]1151                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
[4671]1152                                        surf_lsm_h(0)%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
[2696]1153                ENDIF
[4671]1154                IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1155                   m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
[4646]1156                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
[4671]1157                                        surf_usm_h(0)%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
[4646]1158                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
[4671]1159                                        surf_usm_h(0)%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
[4646]1160                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
[4671]1161                                        surf_usm_h(0)%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
[4646]1162                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
[4671]1163                                        surf_usm_h(0)%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
[4646]1164                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
[4671]1165                                        surf_usm_h(0)%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
[2696]1166                ENDIF
[1585]1167
1168#if defined ( __rrtmg )
1169                IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
[2696]1170
[4646]1171                   IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
[2696]1172                      m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
[4646]1173                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
1174                                            surf_def_h(0)%rrtm_aldif(m,0) * rmask(j,i,sr)
1175                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
1176                                           surf_def_h(0)%rrtm_aldir(m,0) * rmask(j,i,sr)
1177                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
1178                                           surf_def_h(0)%rrtm_asdif(m,0) * rmask(j,i,sr)
1179                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
1180                                           surf_def_h(0)%rrtm_asdir(m,0) * rmask(j,i,sr)
[2696]1181                   ENDIF
[4671]1182                   IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1183                      m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
[4646]1184                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
[4671]1185                                            SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                            &
1186                                                 surf_lsm_h(0)%rrtm_aldif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
[4646]1187                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
[4671]1188                                           SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1189                                                surf_lsm_h(0)%rrtm_aldir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
[4646]1190                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
[4671]1191                                           SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1192                                                surf_lsm_h(0)%rrtm_asdif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
[4646]1193                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
[4671]1194                                           SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1195                                                surf_lsm_h(0)%rrtm_asdir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
[2696]1196                   ENDIF
[4671]1197                   IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1198                      m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
[4646]1199                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
[4671]1200                                            SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                            &
1201                                                 surf_usm_h(0)%rrtm_aldif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
[4646]1202                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
[4671]1203                                           SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1204                                                surf_usm_h(0)%rrtm_aldir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
[4646]1205                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
[4671]1206                                           SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1207                                                surf_usm_h(0)%rrtm_asdif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
[4646]1208                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
[4671]1209                                           SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1210                                                surf_usm_h(0)%rrtm_asdir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
[2696]1211                   ENDIF
1212
[1585]1213                ENDIF
1214#endif
[1551]1215             ENDIF
[3658]1216#endif
[1]1217!
[19]1218!--          Subgridscale fluxes at the top surface
1219             IF ( use_top_fluxes )  THEN
[2232]1220                m = surf_def_h(2)%start_index(j,i)
[3658]1221                !$ACC ATOMIC
[4646]1222                sums_l(nzt,12,tn) = sums_l(nzt,12,tn) +                                            &
1223                                    momentumflux_output_conversion(nzt) *                          &
[2232]1224                                    surf_def_h(2)%usws(m) * rmask(j,i,sr)    ! w"u"
[3658]1225                !$ACC ATOMIC
[4646]1226                sums_l(nzt+1,12,tn) = sums_l(nzt+1,12,tn) +                                        &
1227                                      momentumflux_output_conversion(nzt+1) *                      &
1228                                      surf_def_h(2)%usws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"u"
[3658]1229                !$ACC ATOMIC
[4646]1230                sums_l(nzt,14,tn) = sums_l(nzt,14,tn) +                                            &
1231                                    momentumflux_output_conversion(nzt) *                          &
[2232]1232                                    surf_def_h(2)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)    ! w"v"
[3658]1233                !$ACC ATOMIC
[4646]1234                sums_l(nzt+1,14,tn) = sums_l(nzt+1,14,tn) +                                        &
1235                                      momentumflux_output_conversion(nzt+1) *                      &
1236                                      surf_def_h(2)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"v"
[3658]1237                !$ACC ATOMIC
[4646]1238                sums_l(nzt,16,tn) = sums_l(nzt,16,tn) +                                            &
1239                                    heatflux_output_conversion(nzt) *                              &
1240                                    surf_def_h(2)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)    ! w"pt"
[3658]1241                !$ACC ATOMIC
[4646]1242                sums_l(nzt+1,16,tn) = sums_l(nzt+1,16,tn) +                                        &
1243                                      heatflux_output_conversion(nzt+1) *                          &
1244                                      surf_def_h(2)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)  ! w"pt"
[3658]1245#if 0
[4646]1246                sums_l(nzt:nzt+1,58,tn) = sums_l(nzt:nzt+1,58,tn) +                                &
1247                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)             ! u"pt"
1248                sums_l(nzt:nzt+1,61,tn) = sums_l(nzt:nzt+1,61,tn) +                                &
1249                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)             ! v"pt"
[3658]1250#endif
1251#ifndef _OPENACC
[3294]1252                IF ( ocean_mode )  THEN
[96]1253                   sums_l(nzt,65,tn) = sums_l(nzt,65,tn) + &
[2232]1254                                       surf_def_h(2)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
[96]1255                ENDIF
[75]1256                IF ( humidity )  THEN
[4646]1257                   sums_l(nzt,48,tn) = sums_l(nzt,48,tn) +                                         &
1258                                       waterflux_output_conversion(nzt) *                          &
[2232]1259                                       surf_def_h(2)%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
[4646]1260                   sums_l(nzt,45,tn) = sums_l(nzt,45,tn) +   (                                     &
1261                                       ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(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                   IF ( cloud_droplets )  THEN
[4646]1267                      sums_l(nzt,45,tn) = sums_l(nzt,45,tn) +    (                                 &
1268                                          ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzt,j,i) -                        &
1269                                            ql(nzt,j,i) ) *                                        &
1270                                            surf_def_h(2)%shf(m) +                                 &
1271                                           0.61_wp * pt(nzt,j,i) *                                 &
1272                                           surf_def_h(2)%qsws(m) )                                 &
[2037]1273                                           * heatflux_output_conversion(nzt)
[1007]1274                   ENDIF
[3274]1275                   IF ( bulk_cloud_model )  THEN
[19]1276!
1277!--                   Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
[4646]1278                      sums_l(nzt,51,tn) = sums_l(nzt,51,tn) +              &  ! w"q" (w"qv")
1279                                          waterflux_output_conversion(nzt) *                       &
[2232]1280                                          surf_def_h(2)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)
[19]1281                   ENDIF
1282                ENDIF
1283                IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]1284                   sums_l(nzt,117,tn) = sums_l(nzt,117,tn) +                                       &
[2232]1285                                        surf_def_h(2)%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
[19]1286                ENDIF
[3658]1287#endif
[19]1288             ENDIF
1289
1290!
[1]1291!--          Resolved fluxes (can be computed for all horizontal points)
[4646]1292!--          NOTE: for simplicity, nzb_s_inner is used below, although strictly speaking the
1293!--          ----  following k-loop would have to be split up and rearranged according to the
1294!--                staggered grid.
[2232]1295             DO  k = nzb, nzt
[4346]1296                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
[4646]1297                ust = 0.5_wp * ( u(k,j,i)   - hom(k,1,1,sr) +                                      &
[1353]1298                                 u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) )
[4646]1299                vst = 0.5_wp * ( v(k,j,i)   - hom(k,1,2,sr) +                                      &
[1353]1300                                 v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) )
[4646]1301                pts = 0.5_wp * ( pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) +                                     &
[1353]1302                                 pt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,4,sr) )
[4646]1303!
[1]1304!--             Higher moments
[3658]1305                !$ACC ATOMIC
[4646]1306                sums_l(k,35,tn) = sums_l(k,35,tn) + pts * w(k,j,i)**2 * rmask(j,i,sr) * flag
[3658]1307                !$ACC ATOMIC
[4646]1308                sums_l(k,36,tn) = sums_l(k,36,tn) + pts**2 * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[1]1309
1310!
[4646]1311!--             Salinity flux and density (density does not belong to here, but so far there is no
1312!--             other suitable place to calculate)
[3658]1313#ifndef _OPENACC
[3294]1314                IF ( ocean_mode )  THEN
[1567]1315                   IF( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 )  THEN
[4646]1316                      pts = 0.5_wp * ( sa(k,j,i)   - hom(k,1,23,sr) +                              &
[1353]1317                                       sa(k+1,j,i) - hom(k+1,1,23,sr) )
[4646]1318                      sums_l(k,66,tn) = sums_l(k,66,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
[2232]1319                                        rmask(j,i,sr) * flag
[667]1320                   ENDIF
[4646]1321                   sums_l(k,64,tn) = sums_l(k,64,tn) + rho_ocean(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1322                   sums_l(k,71,tn) = sums_l(k,71,tn) + prho(k,j,i)      * rmask(j,i,sr) * flag
[96]1323                ENDIF
1324
1325!
[4646]1326!--             Buoyancy flux, water flux, humidity flux, liquid water content, rain drop
1327!--             concentration and rain water content
[75]1328                IF ( humidity )  THEN
[4646]1329                   IF ( bulk_cloud_model  .OR.  cloud_droplets )  THEN
1330                      pts = 0.5_wp * ( vpt(k,j,i)   - hom(k,1,44,sr) +                             &
1331                                       vpt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,44,sr) )
1332                      sums_l(k,46,tn) = sums_l(k,46,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
1333                                                          rho_air_zw(k) *                          &
1334                                                          heatflux_output_conversion(k) *          &
[2232]1335                                                          rmask(j,i,sr) * flag
[4646]1336                      sums_l(k,54,tn) = sums_l(k,54,tn) + ql(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[1822]1337
[1053]1338                      IF ( .NOT. cloud_droplets )  THEN
[4646]1339                         pts = 0.5_wp *                                                            &
1340                               ( ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) -                                        &
1341                               hom(k,1,42,sr) +                                                    &
1342                               ( q(k+1,j,i) - ql(k+1,j,i) ) -                                      &
1343                               hom(k+1,1,42,sr) )
1344                         sums_l(k,52,tn) = sums_l(k,52,tn) + pts * w(k,j,i) *                      &
1345                                             rho_air_zw(k) *                                       &
1346                                             waterflux_output_conversion(k) *                      &
1347                                             rmask(j,i,sr) * flag
1348                         sums_l(k,75,tn) = sums_l(k,75,tn) + qc(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
1349                         sums_l(k,76,tn) = sums_l(k,76,tn) + prr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[2292]1350                         IF ( microphysics_morrison )  THEN
[4646]1351                            sums_l(k,123,tn) = sums_l(k,123,tn) + nc(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[2292]1352                         ENDIF
[4521]1353                         IF ( microphysics_ice_phase )  THEN
[4646]1354                            sums_l(k,124,tn) = sums_l(k,124,tn) + ni(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1355                            sums_l(k,125,tn) = sums_l(k,125,tn) + qi(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[4502]1356                         ENDIF
1357
[1822]1358                         IF ( microphysics_seifert )  THEN
[4646]1359                            sums_l(k,73,tn) = sums_l(k,73,tn) + nr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1360                            sums_l(k,74,tn) = sums_l(k,74,tn) + qr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[1053]1361                         ENDIF
1362                      ENDIF
[1822]1363
[1007]1364                   ELSE
[4646]1365                      IF( .NOT. ws_scheme_sca  .OR.  sr /= 0 )  THEN
1366                         pts = 0.5_wp * ( vpt(k,j,i)   - hom(k,1,44,sr) +                          &
[1353]1367                                          vpt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,44,sr) )
[4646]1368                         sums_l(k,46,tn) = sums_l(k,46,tn) + pts * w(k,j,i) *                      &
1369                                                             rho_air_zw(k)  *                      &
1370                                                             heatflux_output_conversion(k) *       &
1371                                                             rmask(j,i,sr)  * flag
1372                      ELSE IF ( ws_scheme_sca  .AND.  sr == 0 )  THEN
1373                         sums_l(k,46,tn) = ( ( 1.0_wp + 0.61_wp *                                  &
1374                                               hom(k,1,41,sr) ) *                                  &
1375                                             sums_l(k,17,tn) +                                     &
1376                                             0.61_wp * hom(k,1,4,sr) *                             &
1377                                             sums_l(k,49,tn)                                       &
1378                                           ) * heatflux_output_conversion(k) * flag
[1007]1379                      END IF
1380                   END IF
[1]1381                ENDIF
1382!
1383!--             Passive scalar flux
[4646]1384                IF ( passive_scalar  .AND.  ( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 ) )  THEN
1385                   pts = 0.5_wp * ( s(k,j,i)   - hom(k,1,115,sr) +                                 &
[2270]1386                                    s(k+1,j,i) - hom(k+1,1,115,sr) )
[4646]1387                   sums_l(k,114,tn) = sums_l(k,114,tn) + pts * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[1]1388                ENDIF
[3658]1389#endif
[1]1390
1391!
1392!--             Energy flux w*e*
[667]1393!--             has to be adjusted
[3658]1394                !$ACC ATOMIC
[4646]1395                sums_l(k,37,tn) = sums_l(k,37,tn) + w(k,j,i) * 0.5_wp *                            &
1396                                                    ( ust**2 + vst**2 + w(k,j,i)**2 )              &
1397                                                    * rho_air_zw(k)                                &
1398                                                    * momentumflux_output_conversion(k)            &
1399                                                    * rmask(j,i,sr) * flag
[1]1400             ENDDO
1401          ENDDO
1402       ENDDO
[2232]1403       !$OMP END PARALLEL
[3658]1404
1405       !$ACC UPDATE &
1406       !$ACC HOST(sums_l(:,12,tn), sums_l(:,14,tn), sums_l(:,16,tn)) &
1407       !$ACC HOST(sums_l(:,35,tn), sums_l(:,36,tn), sums_l(:,37,tn))
[709]1408!
[4472]1409!--    Treat land-surface quantities according to new wall model structure.
[2232]1410       IF ( land_surface )  THEN
1411          tn = 0
1412          !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, m, tn )
1413          !$ tn = omp_get_thread_num()
1414          !$OMP DO
[4671]1415          DO  m = 1, surf_lsm_h(0)%ns
1416             i = surf_lsm_h(0)%i(m)
1417             j = surf_lsm_h(0)%j(m)
[4472]1418
[4703]1419             sums_l(nzb,93,tn)  = sums_l(nzb,93,tn) + surf_lsm_h(0)%ghf(m)       * rmask(j,i,sr)
1420             sums_l(nzb,94,tn)  = sums_l(nzb,94,tn) + surf_lsm_h(0)%qsws_liq(m)  * rmask(j,i,sr)
1421             sums_l(nzb,95,tn)  = sums_l(nzb,95,tn) + surf_lsm_h(0)%qsws_soil(m) * rmask(j,i,sr)
1422             sums_l(nzb,96,tn)  = sums_l(nzb,96,tn) + surf_lsm_h(0)%qsws_veg(m)  * rmask(j,i,sr)
1423             sums_l(nzb,97,tn)  = sums_l(nzb,97,tn) + surf_lsm_h(0)%r_a(m)       * rmask(j,i,sr)
1424             sums_l(nzb,98,tn)  = sums_l(nzb,98,tn) + surf_lsm_h(0)%r_s(m)       * rmask(j,i,sr)
[2232]1425          ENDDO
1426          !$OMP END PARALLEL
1427
1428          tn = 0
1429          !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, m, tn )
1430          !$ tn = omp_get_thread_num()
1431          !$OMP DO
[4671]1432          DO  m = 1, surf_lsm_h(0)%ns
[2232]1433
[4671]1434             i = surf_lsm_h(0)%i(m)
1435             j = surf_lsm_h(0)%j(m)
[4703]1436             DO  k = nzb_soil, nzt_soil
1437                sums_l(k,89,tn)  = sums_l(k,89,tn)  + t_soil_h(0)%var_2d(k,m) * rmask(j,i,sr)
1438                sums_l(k,91,tn)  = sums_l(k,91,tn)  + m_soil_h(0)%var_2d(k,m) * rmask(j,i,sr)
1439             ENDDO
[2232]1440          ENDDO
1441          !$OMP END PARALLEL
1442       ENDIF
1443!
[4646]1444!--    For speed optimization fluxes which have been computed in part directly inside the WS
1445!--    advection routines are treated seperatly.
[709]1446!--    Momentum fluxes first:
[2232]1447
1448       tn = 0
1449       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn, flag )
1450       !$ tn = omp_get_thread_num()
[743]1451       IF ( .NOT. ws_scheme_mom .OR. sr /= 0  )  THEN
[2232]1452          !$OMP DO
1453          DO  i = nxl, nxr
1454             DO  j = nys, nyn
1455                DO  k = nzb, nzt
[1007]1456!
[4646]1457!--                Flag 23 is used to mask surface fluxes as well as model-top fluxes, which are
1458!--                added further below.
1459                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *        &
1460                          MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
[2232]1461
[4646]1462                   ust = 0.5_wp * ( u(k,j,i)   - hom(k,1,1,sr) +                                   &
[2232]1463                                    u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) )
[4646]1464                   vst = 0.5_wp * ( v(k,j,i)   - hom(k,1,2,sr) +                                   &
[2232]1465                                    v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) )
[667]1466!
[2232]1467!--                Momentum flux w*u*
[4646]1468                   sums_l(k,13,tn) = sums_l(k,13,tn) + 0.5_wp *                                    &
1469                                                     ( w(k,j,i-1) + w(k,j,i) )                     &
1470                                                     * rho_air_zw(k)                               &
1471                                                     * momentumflux_output_conversion(k)           &
1472                                                     * ust * rmask(j,i,sr)                         &
[2232]1473                                                           * flag
1474!
1475!--                Momentum flux w*v*
[4646]1476                   sums_l(k,15,tn) = sums_l(k,15,tn) + 0.5_wp * ( w(k,j-1,i) + w(k,j,i) )          &
1477                                                     * rho_air_zw(k)                               &
1478                                                     * momentumflux_output_conversion(k)           &
1479                                                     * vst * rmask(j,i,sr)                         &
[2232]1480                                                           * flag
1481                ENDDO
1482             ENDDO
1483          ENDDO
[1]1484
[667]1485       ENDIF
[1567]1486       IF ( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 )  THEN
[2232]1487          !$OMP DO
1488          DO  i = nxl, nxr
1489             DO  j = nys, nyn
1490                DO  k = nzb, nzt
[4646]1491                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *        &
1492                          MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
[709]1493!
[2232]1494!--                Vertical heat flux
[4646]1495                   sums_l(k,17,tn) = sums_l(k,17,tn) + 0.5_wp *                                    &
1496                                     ( pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) +                               &
1497                                       pt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,4,sr) )                             &
1498                                     * rho_air_zw(k)                                               &
1499                                     * heatflux_output_conversion(k)                               &
1500                                     * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
[2232]1501                   IF ( humidity )  THEN
[4646]1502                      pts = 0.5_wp * ( q(k,j,i)   - hom(k,1,41,sr) +                               &
1503                                       q(k+1,j,i) - hom(k+1,1,41,sr) )
1504                      sums_l(k,49,tn) = sums_l(k,49,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
1505                                                          rho_air_zw(k)  *                         &
1506                                                          waterflux_output_conversion(k) *         &
1507                                                          rmask(j,i,sr)  * flag
[2232]1508                   ENDIF
1509                   IF ( passive_scalar )  THEN
[4646]1510                      pts = 0.5_wp * ( s(k,j,i)   - hom(k,1,115,sr) +                              &
1511                                       s(k+1,j,i) - hom(k+1,1,115,sr) )
1512                      sums_l(k,114,tn) = sums_l(k,114,tn) + pts * w(k,j,i) *  rmask(j,i,sr) * flag
[2232]1513                   ENDIF
1514                ENDDO
1515             ENDDO
1516          ENDDO
[667]1517
1518       ENDIF
1519
[1]1520!
[97]1521!--    Density at top follows Neumann condition
[3294]1522       IF ( ocean_mode )  THEN
[388]1523          sums_l(nzt+1,64,tn) = sums_l(nzt,64,tn)
1524          sums_l(nzt+1,71,tn) = sums_l(nzt,71,tn)
1525       ENDIF
[97]1526
1527!
[4646]1528!--    Divergence of vertical flux of resolved scale energy and pressure fluctuations as well as
1529!--    flux of pressure fluctuation itself (68).
[106]1530!--    First calculate the products, then the divergence.
[1]1531!--    Calculation is time consuming. Do it only, if profiles shall be plotted.
[4646]1532       IF ( hom(nzb+1,2,55,0) /= 0.0_wp  .OR.  hom(nzb+1,2,68,0) /= 0.0_wp )  THEN
[1353]1533          sums_ll = 0.0_wp  ! local array
[1]1534
1535          !$OMP DO
1536          DO  i = nxl, nxr
1537             DO  j = nys, nyn
[2232]1538                DO  k = nzb+1, nzt
[4346]1539                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
[1]1540
[4646]1541                   sums_ll(k,1) = sums_ll(k,1) + 0.5_wp * w(k,j,i) * (                             &
1542                                    ( 0.25_wp * ( u(k,j,i)+u(k+1,j,i)+u(k,j,i+1)+u(k+1,j,i+1) )    &
1543                                              - 0.5_wp * ( hom(k,1,1,sr) + hom(k+1,1,1,sr) ) )**2  &
1544                                  + ( 0.25_wp * ( v(k,j,i)+v(k+1,j,i)+v(k,j+1,i)+v(k+1,j+1,i) )    &
1545                                              - 0.5_wp * ( hom(k,1,2,sr) + hom(k+1,1,2,sr) ) )**2  &
1546                                  + w(k,j,i)**2                      ) * flag * rmask(j,i,sr)
[1]1547
[4646]1548                   sums_ll(k,2) = sums_ll(k,2) + 0.5_wp * w(k,j,i)                                 &
1549                                       * ( ( p(k,j,i) + p(k+1,j,i) )                               &
1550                                         / momentumflux_output_conversion(k) )                     &
[4551]1551                                       * flag * rmask(j,i,sr)
[1]1552
1553                ENDDO
1554             ENDDO
1555          ENDDO
[1353]1556          sums_ll(0,1)     = 0.0_wp    ! because w is zero at the bottom
1557          sums_ll(nzt+1,1) = 0.0_wp
1558          sums_ll(0,2)     = 0.0_wp
1559          sums_ll(nzt+1,2) = 0.0_wp
[1]1560
[678]1561          DO  k = nzb+1, nzt
[1]1562             sums_l(k,55,tn) = ( sums_ll(k,1) - sums_ll(k-1,1) ) * ddzw(k)
1563             sums_l(k,56,tn) = ( sums_ll(k,2) - sums_ll(k-1,2) ) * ddzw(k)
[106]1564             sums_l(k,68,tn) = sums_ll(k,2)
[1]1565          ENDDO
1566          sums_l(nzb,55,tn) = sums_l(nzb+1,55,tn)
1567          sums_l(nzb,56,tn) = sums_l(nzb+1,56,tn)
[1353]1568          sums_l(nzb,68,tn) = 0.0_wp    ! because w* = 0 at nzb
[1]1569
1570       ENDIF
1571
1572!
[106]1573!--    Divergence of vertical flux of SGS TKE and the flux itself (69)
[4646]1574       IF ( hom(nzb+1,2,57,0) /= 0.0_wp  .OR.  hom(nzb+1,2,69,0) /= 0.0_wp )  THEN
[1]1575          !$OMP DO
1576          DO  i = nxl, nxr
1577             DO  j = nys, nyn
[2232]1578                DO  k = nzb+1, nzt
[1]1579
[4346]1580                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
[2232]1581
[4646]1582                   sums_l(k,57,tn) = sums_l(k,57,tn) - 0.5_wp * (                                  &
1583                                       (km(k,j,i)+km(k+1,j,i)) * (e(k+1,j,i)-e(k,j,i)) * ddzu(k+1) &
1584                                     - (km(k-1,j,i)+km(k,j,i)) * (e(k,j,i)-e(k-1,j,i)) * ddzu(k)   &
1585                                                                ) * ddzw(k)                        &
[4551]1586                                                                  * flag * rmask(j,i,sr)
[1]1587
[4646]1588                   sums_l(k,69,tn) = sums_l(k,69,tn) - 0.5_wp * (                                  &
1589                                        ( km(k,j,i) + km(k+1,j,i) ) *                              &
1590                                        ( e(k+1,j,i) - e(k,j,i) ) * ddzu(k+1)                      &
1591                                                                ) * flag * rmask(j,i,sr)
[106]1592
[1]1593                ENDDO
1594             ENDDO
1595          ENDDO
1596          sums_l(nzb,57,tn) = sums_l(nzb+1,57,tn)
[106]1597          sums_l(nzb,69,tn) = sums_l(nzb+1,69,tn)
[1]1598
1599       ENDIF
1600
1601!
[4472]1602!--    Horizontal heat fluxes (subgrid, resolved, total).
1603!--    Do it only, if profiles shall be plotted.
[1353]1604       IF ( hom(nzb+1,2,58,0) /= 0.0_wp ) THEN
[1]1605
1606          !$OMP DO
1607          DO  i = nxl, nxr
1608             DO  j = nys, nyn
[2232]1609                DO  k = nzb+1, nzt
[4346]1610                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
[1]1611!
1612!--                Subgrid horizontal heat fluxes u"pt", v"pt"
[4646]1613                   sums_l(k,58,tn) = sums_l(k,58,tn) - 0.5_wp *                                    &
1614                                                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i-1) )                &
1615                                                      * ( pt(k,j,i-1) - pt(k,j,i) )                &
1616                                                      * rho_air_zw(k)                              &
1617                                                      * heatflux_output_conversion(k)              &
1618                                                      * ddx * rmask(j,i,sr) * flag
1619                   sums_l(k,61,tn) = sums_l(k,61,tn) - 0.5_wp *                                    &
1620                                                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j-1,i) )                &
1621                                                      * ( pt(k,j-1,i) - pt(k,j,i) )                &
1622                                                      * rho_air_zw(k)                              &
1623                                                      * heatflux_output_conversion(k)              &
1624                                                      * ddy * rmask(j,i,sr) * flag
[1]1625!
1626!--                Resolved horizontal heat fluxes u*pt*, v*pt*
[4646]1627                   sums_l(k,59,tn) = sums_l(k,59,tn) +              ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )   &
1628                                                      * 0.5_wp * ( pt(k,j,i-1) - hom(k,1,4,sr) +   &
1629                                                                   pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )   &
1630                                                                 * heatflux_output_conversion(k)   &
1631                                                                 * flag
1632                   pts = 0.5_wp * ( pt(k,j-1,i) - hom(k,1,4,sr) +                                  &
[1353]1633                                    pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )
[4646]1634                   sums_l(k,62,tn) = sums_l(k,62,tn) +              ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )   &
1635                                                      * 0.5_wp * ( pt(k,j-1,i) - hom(k,1,4,sr) +   &
1636                                                                   pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )   &
1637                                                                 * heatflux_output_conversion(k)   &
1638                                                                 * flag
[1]1639                ENDDO
1640             ENDDO
1641          ENDDO
1642!
1643!--       Fluxes at the surface must be zero (e.g. due to the Prandtl-layer)
[1353]1644          sums_l(nzb,58,tn) = 0.0_wp
1645          sums_l(nzb,59,tn) = 0.0_wp
1646          sums_l(nzb,60,tn) = 0.0_wp
1647          sums_l(nzb,61,tn) = 0.0_wp
1648          sums_l(nzb,62,tn) = 0.0_wp
1649          sums_l(nzb,63,tn) = 0.0_wp
[1]1650
1651       ENDIF
[2073]1652       !$OMP END PARALLEL
[87]1653
1654!
[1365]1655!--    Collect current large scale advection and subsidence tendencies for
1656!--    data output
[1691]1657       IF ( large_scale_forcing  .AND.  ( simulated_time > 0.0_wp ) )  THEN
[1365]1658!
[4472]1659!--       Interpolation in time of LSF_DATA
[1365]1660          nt = 1
[1386]1661          DO WHILE ( simulated_time - dt_3d > time_vert(nt) )
[1365]1662             nt = nt + 1
1663          ENDDO
[1386]1664          IF ( simulated_time - dt_3d /= time_vert(nt) )  THEN
[1365]1665            nt = nt - 1
1666          ENDIF
1667
[4646]1668          fac = ( simulated_time - dt_3d - time_vert(nt) ) / ( time_vert(nt+1)-time_vert(nt) )
[1365]1669
1670
1671          DO  k = nzb, nzt
[4646]1672             sums_ls_l(k,0) = td_lsa_lpt(k,nt) + fac * ( td_lsa_lpt(k,nt+1) - td_lsa_lpt(k,nt) )
1673             sums_ls_l(k,1) = td_lsa_q(k,nt)   + fac * ( td_lsa_q(k,nt+1)   - td_lsa_q(k,nt) )
[1365]1674          ENDDO
1675
[1382]1676          sums_ls_l(nzt+1,0) = sums_ls_l(nzt,0)
1677          sums_ls_l(nzt+1,1) = sums_ls_l(nzt,1)
1678
[4646]1679          IF ( large_scale_subsidence  .AND.  use_subsidence_tendencies )  THEN
[1365]1680
1681             DO  k = nzb, nzt
[4646]1682                sums_ls_l(k,2) = td_sub_lpt(k,nt) + fac * ( td_sub_lpt(k,nt+1) - td_sub_lpt(k,nt) )
1683                sums_ls_l(k,3) = td_sub_q(k,nt)   + fac * ( td_sub_q(k,nt+1)   - td_sub_q(k,nt) )
[1365]1684             ENDDO
1685
[1382]1686             sums_ls_l(nzt+1,2) = sums_ls_l(nzt,2)
1687             sums_ls_l(nzt+1,3) = sums_ls_l(nzt,3)
1688
[1365]1689          ENDIF
1690
1691       ENDIF
1692
[2232]1693       tn = 0
[2073]1694       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn )
[4472]1695       !$ tn = omp_get_thread_num()
[4646]1696       IF ( radiation  .AND.  radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
[1585]1697          !$OMP DO
1698          DO  i = nxl, nxr
1699             DO  j =  nys, nyn
[2232]1700                DO  k = nzb+1, nzt+1
[4346]1701                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
[2232]1702
[4646]1703                   sums_l(k,100,tn)  = sums_l(k,100,tn) + rad_lw_in(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1704                   sums_l(k,101,tn)  = sums_l(k,101,tn) + rad_lw_out(k,j,i)   * rmask(j,i,sr) * flag
1705                   sums_l(k,102,tn)  = sums_l(k,102,tn) + rad_sw_in(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1706                   sums_l(k,103,tn)  = sums_l(k,103,tn) + rad_sw_out(k,j,i)   * rmask(j,i,sr) * flag
1707                   sums_l(k,104,tn)  = sums_l(k,104,tn) + rad_lw_cs_hr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1708                   sums_l(k,105,tn)  = sums_l(k,105,tn) + rad_lw_hr(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1709                   sums_l(k,106,tn)  = sums_l(k,106,tn) + rad_sw_cs_hr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1710                   sums_l(k,107,tn)  = sums_l(k,107,tn) + rad_sw_hr(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
[1585]1711                ENDDO
1712             ENDDO
1713          ENDDO
1714       ENDIF
[3637]1715
[1365]1716!
[3637]1717!--    Calculate the profiles for all other modules
1718       CALL module_interface_statistics( 'profiles', sr, tn, dots_max )
[3651]1719       !$OMP END PARALLEL
[1]1720
1721!
1722!--    Summation of thread sums
1723       IF ( threads_per_task > 1 )  THEN
1724          DO  i = 1, threads_per_task-1
[4464]1725             sums_l(:,3,0)          = sums_l(:,3,0) + sums_l(:,3,i)
[1]1726             sums_l(:,4:40,0)       = sums_l(:,4:40,0) + sums_l(:,4:40,i)
[87]1727             sums_l(:,45:pr_palm,0) = sums_l(:,45:pr_palm,0) + &
1728                                      sums_l(:,45:pr_palm,i)
1729             IF ( max_pr_user > 0 )  THEN
[4646]1730                sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,0) =                                        &
1731                                                       sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,0) + &
1732                                                       sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,i)
[87]1733             ENDIF
[3298]1734
1735             IF ( air_chemistry )  THEN
[4472]1736                IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
[3298]1737                     sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+ max_pr_cs,0) =          &
1738                               sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs,0) + &
1739                               sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs,i)
1740
1741                ENDIF
1742             ENDIF
[4131]1743             IF ( salsa )  THEN
1744                IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
1745                   sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,0) =    &
1746                      sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,0) + &
1747                      sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,i)
1748
1749                ENDIF
1750             ENDIF
[1]1751          ENDDO
1752       ENDIF
1753
1754#if defined( __parallel )
[667]1755
[1]1756!
1757!--    Compute total sum from local sums
[622]1758       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4646]1759       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,1,0), sums(nzb,1), ngp_sums, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[1365]1760       IF ( large_scale_forcing )  THEN
[4646]1761          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_ls_l(nzb,2), sums(nzb,83), ngp_sums_ls, MPI_REAL, MPI_SUM,      &
1762                              comm2d, ierr )
[1365]1763       ENDIF
[3298]1764
[3458]1765       IF ( air_chemistry  .AND.  max_pr_cs > 0 )  THEN
[3298]1766          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4581]1767          DO  i = 1, max_pr_cs
[4646]1768             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,pr_palm+max_pr_user+i,0),                              &
1769                                 sums(nzb,pr_palm+max_pr_user+i),                                  &
[4581]1770                                 nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1771          ENDDO
[3298]1772       ENDIF
1773
[4131]1774       IF ( salsa  .AND.  max_pr_salsa > 0 )  THEN
1775          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[4581]1776          DO  i = 1, max_pr_salsa
1777             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+i,0),                    &
1778                                 sums(nzb,pr_palm+max_pr_user+max_pr_user+i),                      &
1779                                 nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1780          ENDDO
[4131]1781       ENDIF
1782
[1]1783#else
1784       sums = sums_l(:,:,0)
[1365]1785       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1786          sums(:,81:88) = sums_ls_l
1787       ENDIF
[1]1788#endif
1789
1790!
[4646]1791!--    Final values are obtained by division by the total number of grid points used for summation.
1792!--    After that store profiles.
1793!--    Check, if statistical regions do contain at least one grid point at the respective k-level,
1794!--    otherwise division by zero will lead to undefined values, which may cause e.g. problems with
1795!--    NetCDF output.
[1]1796!--    Profiles:
1797       DO  k = nzb, nzt+1
[4464]1798          sums(k,3)             = sums(k,3)             / ngp_2dh(sr)
[1738]1799          sums(k,12:22)         = sums(k,12:22)         / ngp_2dh(sr)
1800          sums(k,30:32)         = sums(k,30:32)         / ngp_2dh(sr)
1801          sums(k,35:39)         = sums(k,35:39)         / ngp_2dh(sr)
1802          sums(k,45:53)         = sums(k,45:53)         / ngp_2dh(sr)
1803          sums(k,55:63)         = sums(k,55:63)         / ngp_2dh(sr)
1804          sums(k,81:88)         = sums(k,81:88)         / ngp_2dh(sr)
[4703]1805
1806          IF ( land_surface  .AND.  surf_lsm_h(0)%ns_tot > 0 )  THEN
1807             sums(k,89:98) = sums(k,89:98)              / surf_lsm_h(0)%ns_tot
1808          ENDIF
1809
1810          sums(k,99:112)        = sums(k,99:112)        / ngp_2dh(sr)
[2270]1811          sums(k,114)           = sums(k,114)           / ngp_2dh(sr)
1812          sums(k,117)           = sums(k,117)           / ngp_2dh(sr)
[1738]1813          IF ( ngp_2dh_s_inner(k,sr) /= 0 )  THEN
1814             sums(k,8:11)          = sums(k,8:11)          / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1815             sums(k,23:29)         = sums(k,23:29)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1816             sums(k,33:34)         = sums(k,33:34)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1817             sums(k,40)            = sums(k,40)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1818             sums(k,54)            = sums(k,54)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1819             sums(k,64)            = sums(k,64)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1820             sums(k,70:80)         = sums(k,70:80)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
[2270]1821             sums(k,116)           = sums(k,116)           / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1822             sums(k,118:pr_palm-2) = sums(k,118:pr_palm-2) / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
[4502]1823             sums(k,123:125)       = sums(k,123:125) * ngp_2dh_s_inner(k,sr)  / ngp_2dh(sr)
[1738]1824          ENDIF
[1]1825       ENDDO
[667]1826
[1]1827!--    u* and so on
[4646]1828!--    As sums(nzb:nzb+3,pr_palm) are full 2D arrays (us, usws, vsws, ts) whose size is always
1829!--    ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), defined at the first grid layer above the topography, they are
1830!--    divided by ngp_2dh(sr)
1831       sums(nzb:nzb+3,pr_palm)    = sums(nzb:nzb+3,pr_palm)  /  ngp_2dh(sr)
1832       sums(nzb+12,pr_palm)       = sums(nzb+12,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! qs
1833       sums(nzb+13,pr_palm)       = sums(nzb+13,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! ss
1834       sums(nzb+14,pr_palm)       = sums(nzb+14,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! surface temperature
1835
[1]1836!--    eges, e*
[4646]1837       sums(nzb+4:nzb+5,pr_palm)  = sums(nzb+4:nzb+5,pr_palm)  /  ngp_3d(sr)
[1]1838!--    Old and new divergence
[4646]1839       sums(nzb+9:nzb+10,pr_palm) = sums(nzb+9:nzb+10,pr_palm) /  ngp_3d_inner(sr)
[1]1840
[87]1841!--    User-defined profiles
1842       IF ( max_pr_user > 0 )  THEN
1843          DO  k = nzb, nzt+1
[4646]1844             sums(k,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user) =  sums(k,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user) /      &
1845                                                      ngp_2dh_s_inner(k,sr)
[87]1846          ENDDO
1847       ENDIF
[1007]1848
[4646]1849       IF ( air_chemistry )  THEN
[4472]1850          IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
[3298]1851             DO k = nzb, nzt+1
[4646]1852                sums(k, pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs) =                                 &
1853                                                sums(k, pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs) / &
1854                                                ngp_2dh_s_inner(k,sr)
[3298]1855             ENDDO
[4472]1856          ENDIF
[3298]1857       ENDIF
1858
[4646]1859       IF ( salsa )  THEN
[4131]1860          IF ( max_pr_salsa > 0 )  THEN
1861             DO k = nzb, nzt+1
1862                sums(k,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa) = &
1863                  sums(k,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa) &
1864                  / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1865             ENDDO
[4472]1866          ENDIF
[4131]1867       ENDIF
1868
[1]1869!
1870!--    Collect horizontal average in hom.
1871!--    Compute deduced averages (e.g. total heat flux)
[4464]1872       hom(:,1,3,sr)  = sums(:,3)      ! w
[1]1873       hom(:,1,8,sr)  = sums(:,8)      ! e     profiles 5-7 are initial profiles
1874       hom(:,1,9,sr)  = sums(:,9)      ! km
1875       hom(:,1,10,sr) = sums(:,10)     ! kh
1876       hom(:,1,11,sr) = sums(:,11)     ! l
1877       hom(:,1,12,sr) = sums(:,12)     ! w"u"
1878       hom(:,1,13,sr) = sums(:,13)     ! w*u*
1879       hom(:,1,14,sr) = sums(:,14)     ! w"v"
1880       hom(:,1,15,sr) = sums(:,15)     ! w*v*
1881       hom(:,1,16,sr) = sums(:,16)     ! w"pt"
1882       hom(:,1,17,sr) = sums(:,17)     ! w*pt*
1883       hom(:,1,18,sr) = sums(:,16) + sums(:,17)    ! wpt
1884       hom(:,1,19,sr) = sums(:,12) + sums(:,13)    ! wu
1885       hom(:,1,20,sr) = sums(:,14) + sums(:,15)    ! wv
1886       hom(:,1,21,sr) = sums(:,21)     ! w*pt*BC
1887       hom(:,1,22,sr) = sums(:,16) + sums(:,21)    ! wptBC
[96]1888                                       ! profile 24 is initial profile (sa)
[4472]1889                                       ! profiles 25-29 left empty for initial
[1]1890                                       ! profiles
1891       hom(:,1,30,sr) = sums(:,30)     ! u*2
1892       hom(:,1,31,sr) = sums(:,31)     ! v*2
1893       hom(:,1,32,sr) = sums(:,32)     ! w*2
1894       hom(:,1,33,sr) = sums(:,33)     ! pt*2
1895       hom(:,1,34,sr) = sums(:,34)     ! e*
1896       hom(:,1,35,sr) = sums(:,35)     ! w*2pt*
1897       hom(:,1,36,sr) = sums(:,36)     ! w*pt*2
1898       hom(:,1,37,sr) = sums(:,37)     ! w*e*
1899       hom(:,1,38,sr) = sums(:,38)     ! w*3
[4646]1900       hom(:,1,39,sr) = sums(:,38) / ( ABS( sums(:,32) ) + 1E-20_wp )**1.5_wp   ! Sw
[1]1901       hom(:,1,40,sr) = sums(:,40)     ! p
[531]1902       hom(:,1,45,sr) = sums(:,45)     ! w"vpt"
[4472]1903       hom(:,1,46,sr) = sums(:,46)     ! w*vpt*
[1]1904       hom(:,1,47,sr) = sums(:,45) + sums(:,46)    ! wvpt
1905       hom(:,1,48,sr) = sums(:,48)     ! w"q" (w"qv")
1906       hom(:,1,49,sr) = sums(:,49)     ! w*q* (w*qv*)
1907       hom(:,1,50,sr) = sums(:,48) + sums(:,49)    ! wq (wqv)
1908       hom(:,1,51,sr) = sums(:,51)     ! w"qv"
[4472]1909       hom(:,1,52,sr) = sums(:,52)     ! w*qv*
[1]1910       hom(:,1,53,sr) = sums(:,52) + sums(:,51)    ! wq (wqv)
1911       hom(:,1,54,sr) = sums(:,54)     ! ql
1912       hom(:,1,55,sr) = sums(:,55)     ! w*u*u*/dz
1913       hom(:,1,56,sr) = sums(:,56)     ! w*p*/dz
[2031]1914       hom(:,1,57,sr) = sums(:,57)     ! ( w"e + w"p"/rho_ocean )/dz
[1]1915       hom(:,1,58,sr) = sums(:,58)     ! u"pt"
1916       hom(:,1,59,sr) = sums(:,59)     ! u*pt*
1917       hom(:,1,60,sr) = sums(:,58) + sums(:,59)    ! upt_t
1918       hom(:,1,61,sr) = sums(:,61)     ! v"pt"
1919       hom(:,1,62,sr) = sums(:,62)     ! v*pt*
1920       hom(:,1,63,sr) = sums(:,61) + sums(:,62)    ! vpt_t
[2031]1921       hom(:,1,64,sr) = sums(:,64)     ! rho_ocean
[96]1922       hom(:,1,65,sr) = sums(:,65)     ! w"sa"
1923       hom(:,1,66,sr) = sums(:,66)     ! w*sa*
1924       hom(:,1,67,sr) = sums(:,65) + sums(:,66)    ! wsa
[106]1925       hom(:,1,68,sr) = sums(:,68)     ! w*p*
[2031]1926       hom(:,1,69,sr) = sums(:,69)     ! w"e + w"p"/rho_ocean
[197]1927       hom(:,1,70,sr) = sums(:,70)     ! q*2
[388]1928       hom(:,1,71,sr) = sums(:,71)     ! prho
[2252]1929       hom(:,1,72,sr) = hyp * 1E-2_wp  ! hyp in hPa
[2292]1930       hom(:,1,123,sr) = sums(:,123)   ! nc
[4502]1931       hom(:,1,124,sr) = sums(:,124)   ! ni
1932       hom(:,1,125,sr) = sums(:,125)   ! qi
[1053]1933       hom(:,1,73,sr) = sums(:,73)     ! nr
1934       hom(:,1,74,sr) = sums(:,74)     ! qr
1935       hom(:,1,75,sr) = sums(:,75)     ! qc
1936       hom(:,1,76,sr) = sums(:,76)     ! prr (precipitation rate)
[1179]1937                                       ! 77 is initial density profile
[1241]1938       hom(:,1,78,sr) = ug             ! ug
1939       hom(:,1,79,sr) = vg             ! vg
[1299]1940       hom(:,1,80,sr) = w_subs         ! w_subs
[1]1941
[1365]1942       IF ( large_scale_forcing )  THEN
[1382]1943          hom(:,1,81,sr) = sums_ls_l(:,0)          ! td_lsa_lpt
1944          hom(:,1,82,sr) = sums_ls_l(:,1)          ! td_lsa_q
[1365]1945          IF ( use_subsidence_tendencies )  THEN
[1382]1946             hom(:,1,83,sr) = sums_ls_l(:,2)       ! td_sub_lpt
1947             hom(:,1,84,sr) = sums_ls_l(:,3)       ! td_sub_q
[1365]1948          ELSE
[1382]1949             hom(:,1,83,sr) = sums(:,83)           ! td_sub_lpt
1950             hom(:,1,84,sr) = sums(:,84)           ! td_sub_q
[1365]1951          ENDIF
[1382]1952          hom(:,1,85,sr) = sums(:,85)              ! td_nud_lpt
1953          hom(:,1,86,sr) = sums(:,86)              ! td_nud_q
1954          hom(:,1,87,sr) = sums(:,87)              ! td_nud_u
1955          hom(:,1,88,sr) = sums(:,88)              ! td_nud_v
[1365]1956       ENDIF
1957
[1551]1958       IF ( land_surface )  THEN
1959          hom(:,1,89,sr) = sums(:,89)              ! t_soil
1960                                                   ! 90 is initial t_soil profile
1961          hom(:,1,91,sr) = sums(:,91)              ! m_soil
1962                                                   ! 92 is initial m_soil profile
[2270]1963          hom(:,1,93,sr)  = sums(:,93)             ! ghf
1964          hom(:,1,94,sr)  = sums(:,94)             ! qsws_liq
1965          hom(:,1,95,sr)  = sums(:,95)             ! qsws_soil
1966          hom(:,1,96,sr)  = sums(:,96)             ! qsws_veg
1967          hom(:,1,97,sr)  = sums(:,97)             ! r_a
[4551]1968          hom(:,1,98,sr)  = sums(:,98)             ! r_s
[1555]1969
[1551]1970       ENDIF
1971
1972       IF ( radiation )  THEN
[2270]1973          hom(:,1,99,sr) = sums(:,99)            ! rad_net
1974          hom(:,1,100,sr) = sums(:,100)            ! rad_lw_in
1975          hom(:,1,101,sr) = sums(:,101)            ! rad_lw_out
1976          hom(:,1,102,sr) = sums(:,102)            ! rad_sw_in
1977          hom(:,1,103,sr) = sums(:,103)            ! rad_sw_out
[1585]1978
[1691]1979          IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
[2270]1980             hom(:,1,104,sr) = sums(:,104)            ! rad_lw_cs_hr
1981             hom(:,1,105,sr) = sums(:,105)            ! rad_lw_hr
1982             hom(:,1,106,sr) = sums(:,106)            ! rad_sw_cs_hr
1983             hom(:,1,107,sr) = sums(:,107)            ! rad_sw_hr
[1691]1984
[2270]1985             hom(:,1,108,sr) = sums(:,108)            ! rrtm_aldif
1986             hom(:,1,109,sr) = sums(:,109)            ! rrtm_aldir
1987             hom(:,1,110,sr) = sums(:,110)            ! rrtm_asdif
1988             hom(:,1,111,sr) = sums(:,111)            ! rrtm_asdir
[1585]1989          ENDIF
[1551]1990       ENDIF
1991
[2270]1992       hom(:,1,112,sr) = sums(:,112)            !: L
[1691]1993
[1960]1994       IF ( passive_scalar )  THEN
[2270]1995          hom(:,1,117,sr) = sums(:,117)     ! w"s"
1996          hom(:,1,114,sr) = sums(:,114)     ! w*s*
[4472]1997          hom(:,1,118,sr) = sums(:,117) + sums(:,114)    ! ws
[2270]1998          hom(:,1,116,sr) = sums(:,116)     ! s*2
[1960]1999       ENDIF
2000
[2270]2001       hom(:,1,119,sr) = rho_air       ! rho_air in Kg/m^3
2002       hom(:,1,120,sr) = rho_air_zw    ! rho_air_zw in Kg/m^3
[2037]2003
[4646]2004       IF ( kolmogorov_length_scale )  THEN
[4472]2005          hom(:,1,121,sr) = sums(:,121) * 1E3_wp  ! eta in mm
2006       ENDIF
2007
2008
[667]2009       hom(:,1,pr_palm,sr) =   sums(:,pr_palm)
[1]2010                                       ! u*, w'u', w'v', t* (in last profile)
2011
[87]2012       IF ( max_pr_user > 0 )  THEN    ! user-defined profiles
2013          hom(:,1,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,sr) = &
2014                               sums(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user)
2015       ENDIF
2016
[3298]2017       IF ( air_chemistry )  THEN
[4472]2018          IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN    ! chem_spcs profiles
[3298]2019             hom(:, 1, pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs, sr) = &
2020                               sums(:, pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs)
2021          ENDIF
2022       ENDIF
[4131]2023
2024       IF ( salsa )  THEN
2025          IF ( max_pr_salsa > 0 )  THEN    ! salsa profiles
2026             hom(:,1,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa, sr) = &
2027                  sums(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa)
2028          ENDIF
2029       ENDIF
[1]2030!
2031!--    Determine the boundary layer height using two different schemes.
[4646]2032!--    First scheme: Starting from the Earth's (Ocean's) surface, look for the first relative
2033!--    minimum (maximum) of the total heat flux.
2034!--    The corresponding height is assumed as the boundary layer height, if it is less than 1.5
2035!--    times the height where the heat flux becomes negative (positive) for the first time.
2036!--    Attention: the resolved vertical sensible heat flux (hom(:,1,17,sr) = w*pt*) is not known at
2037!--    the beginning because the calculation happens in advec_s_ws which is called after
2038!--    flow_statistics. Therefore z_i is directly taken from restart data at the beginning of
2039!--    restart runs.
2040       IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .OR.                              &
[3003]2041            simulated_time_at_begin /= simulated_time ) THEN
[667]2042
[3003]2043          z_i(1) = 0.0_wp
2044          first = .TRUE.
2045
[3294]2046          IF ( ocean_mode )  THEN
[3003]2047             DO  k = nzt, nzb+1, -1
2048                IF ( first  .AND.  hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp )  THEN
2049                   first = .FALSE.
2050                   height = zw(k)
[97]2051                ENDIF
[4646]2052                IF ( hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp  .AND.  hom(k-1,1,18,sr) > hom(k,1,18,sr) )  THEN
[3003]2053                   IF ( zw(k) < 1.5_wp * height )  THEN
2054                      z_i(1) = zw(k)
2055                   ELSE
2056                      z_i(1) = height
2057                   ENDIF
2058                   EXIT
[94]2059                ENDIF
[3003]2060             ENDDO
2061          ELSE
2062             DO  k = nzb, nzt-1
2063                IF ( first  .AND.  hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp )  THEN
2064                   first = .FALSE.
2065                   height = zw(k)
2066                ENDIF
[4646]2067                IF ( hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp  .AND.  hom(k+1,1,18,sr) > hom(k,1,18,sr) )  THEN
[3003]2068                   IF ( zw(k) < 1.5_wp * height )  THEN
2069                      z_i(1) = zw(k)
2070                   ELSE
2071                      z_i(1) = height
2072                   ENDIF
2073                   EXIT
2074                ENDIF
2075             ENDDO
2076          ENDIF
[1]2077
2078!
[4646]2079!--       Second scheme: Gradient scheme from Sullivan et al. (1998), modified by Uhlenbrock(2006).
2080!--       The boundary layer height is the height with the maximal local temperature gradient:
2081!--       starting from the second (the last but one) vertical gridpoint, the local gradient must be
2082!--       at least 0.2K/100m and greater than the next four gradients.
[3003]2083!--       WARNING: The threshold value of 0.2K/100m must be adjusted for the
[4472]2084!--       ocean case!
[3003]2085          z_i(2) = 0.0_wp
2086          DO  k = nzb+1, nzt+1
2087             dptdz(k) = ( hom(k,1,4,sr) - hom(k-1,1,4,sr) ) * ddzu(k)
2088          ENDDO
2089          dptdz_threshold = 0.2_wp / 100.0_wp
[291]2090
[3294]2091          IF ( ocean_mode )  THEN
[3003]2092             DO  k = nzt+1, nzb+5, -1
[4646]2093                IF ( dptdz(k) > dptdz_threshold  .AND.                                             &
2094                     dptdz(k) > dptdz(k-1)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k-2)  .AND.                    &
[3003]2095                     dptdz(k) > dptdz(k-3)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k-4) )  THEN
2096                   z_i(2) = zw(k-1)
2097                   EXIT
2098                ENDIF
2099             ENDDO
2100          ELSE
2101             DO  k = nzb+1, nzt-3
[4646]2102                IF ( dptdz(k) > dptdz_threshold  .AND.                                             &
2103                     dptdz(k) > dptdz(k+1)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k+2)  .AND.                    &
[3003]2104                     dptdz(k) > dptdz(k+3)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k+4) )  THEN
2105                   z_i(2) = zw(k-1)
2106                   EXIT
2107                ENDIF
2108             ENDDO
2109          ENDIF
2110
[97]2111       ENDIF
[1]2112
[87]2113       hom(nzb+6,1,pr_palm,sr) = z_i(1)
2114       hom(nzb+7,1,pr_palm,sr) = z_i(2)
[1]2115
2116!
[4646]2117!--    Determine vertical index which is nearest to the mean surface level height of the respective
2118!--    statistic region
[1738]2119       DO  k = nzb, nzt
2120          IF ( zw(k) >= mean_surface_level_height(sr) )  THEN
2121             k_surface_level = k
2122             EXIT
2123          ENDIF
2124       ENDDO
[3003]2125
[1738]2126!
[4646]2127!--    Computation of both the characteristic vertical velocity and the characteristic convective
2128!--    boundary layer temperature.
2129!--    The inversion height entering into the equation is defined with respect to the mean surface
2130!--    level height of the respective statistic region.
2131!--    The horizontal average at surface level index + 1 is input for the average temperature.
2132       IF ( hom(k_surface_level,1,18,sr) > 1.0E-8_wp  .AND.  z_i(1) /= 0.0_wp )  THEN
2133          hom(nzb+8,1,pr_palm,sr) =                                                                &
2134                                   ( g / hom(k_surface_level+1,1,4,sr) *                           &
2135                                   ( hom(k_surface_level,1,18,sr) /                                &
2136                                   ( heatflux_output_conversion(nzb) * rho_air(nzb) ) )            &
2137                                   * ABS( z_i(1) - mean_surface_level_height(sr) ) )**0.333333333_wp
[1]2138       ELSE
[1353]2139          hom(nzb+8,1,pr_palm,sr)  = 0.0_wp
[1]2140       ENDIF
2141
[48]2142!
[4646]2143!--    Collect the time series quantities. Please note, timeseries quantities which are collected
2144!--    from horizontally averaged profiles, e.g. wpt or pt(zp), are treated specially. In case of
2145!--    elevated model surfaces, index nzb+1 might be within topography and data will be zero.
2146!--    Therefore, take value for the first atmosphere index, which is topo_min_level+1.
[2968]2147       ts_value(1,sr) = hom(nzb+4,1,pr_palm,sr)        ! E
2148       ts_value(2,sr) = hom(nzb+5,1,pr_palm,sr)        ! E*
[48]2149       ts_value(3,sr) = dt_3d
[2968]2150       ts_value(4,sr) = hom(nzb,1,pr_palm,sr)          ! u*
2151       ts_value(5,sr) = hom(nzb+3,1,pr_palm,sr)        ! th*
[48]2152       ts_value(6,sr) = u_max
2153       ts_value(7,sr) = v_max
2154       ts_value(8,sr) = w_max
[2968]2155       ts_value(9,sr) = hom(nzb+10,1,pr_palm,sr)       ! new divergence
2156       ts_value(10,sr) = hom(nzb+9,1,pr_palm,sr)       ! old Divergence
2157       ts_value(11,sr) = hom(nzb+6,1,pr_palm,sr)       ! z_i(1)
2158       ts_value(12,sr) = hom(nzb+7,1,pr_palm,sr)       ! z_i(2)
2159       ts_value(13,sr) = hom(nzb+8,1,pr_palm,sr)       ! w*
2160       ts_value(14,sr) = hom(nzb,1,16,sr)              ! w'pt'   at k=0
2161       ts_value(15,sr) = hom(topo_min_level+1,1,16,sr) ! w'pt'   at k=1
2162       ts_value(16,sr) = hom(topo_min_level+1,1,18,sr) ! wpt     at k=1
2163       ts_value(17,sr) = hom(nzb+14,1,pr_palm,sr)      ! pt(0)
2164       ts_value(18,sr) = hom(topo_min_level+1,1,4,sr)  ! pt(zp)
2165       ts_value(19,sr) = hom(nzb+1,1,pr_palm,sr)       ! u'w'    at k=0
2166       ts_value(20,sr) = hom(nzb+2,1,pr_palm,sr)       ! v'w'    at k=0
2167       ts_value(21,sr) = hom(nzb,1,48,sr)              ! w"q"    at k=0
[1709]2168
2169       IF ( .NOT. neutral )  THEN
[2270]2170          ts_value(22,sr) = hom(nzb,1,112,sr)          ! L
[48]2171       ELSE
[1709]2172          ts_value(22,sr) = 1.0E10_wp
[48]2173       ENDIF
[1]2174
[343]2175       ts_value(23,sr) = hom(nzb+12,1,pr_palm,sr)   ! q*
[1551]2176
[1960]2177       IF ( passive_scalar )  THEN
[2270]2178          ts_value(24,sr) = hom(nzb+13,1,117,sr)       ! w"s" ( to do ! )
[1960]2179          ts_value(25,sr) = hom(nzb+13,1,pr_palm,sr)   ! s*
2180       ENDIF
2181
[1]2182!
[1551]2183!--    Collect land surface model timeseries
2184       IF ( land_surface )  THEN
[2270]2185          ts_value(dots_soil  ,sr) = hom(nzb,1,93,sr)           ! ghf
2186          ts_value(dots_soil+1,sr) = hom(nzb,1,94,sr)           ! qsws_liq
2187          ts_value(dots_soil+2,sr) = hom(nzb,1,95,sr)           ! qsws_soil
2188          ts_value(dots_soil+3,sr) = hom(nzb,1,96,sr)           ! qsws_veg
2189          ts_value(dots_soil+4,sr) = hom(nzb,1,97,sr)           ! r_a
2190          ts_value(dots_soil+5,sr) = hom(nzb,1,98,sr)           ! r_s
[1551]2191       ENDIF
2192!
2193!--    Collect radiation model timeseries
2194       IF ( radiation )  THEN
[2270]2195          ts_value(dots_rad,sr)   = hom(nzb,1,99,sr)           ! rad_net
2196          ts_value(dots_rad+1,sr) = hom(nzb,1,100,sr)          ! rad_lw_in
2197          ts_value(dots_rad+2,sr) = hom(nzb,1,101,sr)          ! rad_lw_out
2198          ts_value(dots_rad+3,sr) = hom(nzb,1,102,sr)          ! rad_sw_in
2199          ts_value(dots_rad+4,sr) = hom(nzb,1,103,sr)          ! rad_sw_out
[1585]2200
2201          IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
[2270]2202             ts_value(dots_rad+5,sr) = hom(nzb,1,108,sr)          ! rrtm_aldif
2203             ts_value(dots_rad+6,sr) = hom(nzb,1,109,sr)          ! rrtm_aldir
2204             ts_value(dots_rad+7,sr) = hom(nzb,1,110,sr)          ! rrtm_asdif
2205             ts_value(dots_rad+8,sr) = hom(nzb,1,111,sr)          ! rrtm_asdir
[1585]2206          ENDIF
2207
[1551]2208       ENDIF
2209
2210!
[3637]2211!--    Calculate additional statistics provided by other modules
2212       CALL module_interface_statistics( 'time_series', sr, 0, dots_max )
[2817]2213
[48]2214    ENDDO    ! loop of the subregions
2215
[1]2216!
[1918]2217!-- If required, sum up horizontal averages for subsequent time averaging.
2218!-- Do not sum, if flow statistics is called before the first initial time step.
2219    IF ( do_sum  .AND.  simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
[1353]2220       IF ( average_count_pr == 0 )  hom_sum = 0.0_wp
[1]2221       hom_sum = hom_sum + hom(:,1,:,:)
2222       average_count_pr = average_count_pr + 1
2223       do_sum = .FALSE.
2224    ENDIF
2225
2226!
2227!-- Set flag for other UPs (e.g. output routines, but also buoyancy).
2228!-- This flag is reset after each time step in time_integration.
2229    flow_statistics_called = .TRUE.
2230
2231    CALL cpu_log( log_point(10), 'flow_statistics', 'stop' )
2232
2233
[4672]2234 END SUBROUTINE flow_statistics
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.