source: palm/trunk/SOURCE/flow_statistics.f90 @ 4672

Last change on this file since 4672 was 4672, checked in by pavelkrc, 4 years ago

OpenACC bugfix

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 117.6 KB
Line 
1!> @file flow_statistics.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
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.
8!
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.
12!
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/>.
15!
16! Copyright 1997-2020 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! ------------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: flow_statistics.f90 4672 2020-09-09 21:27:32Z pavelkrc $
26! OpenACC bugfix
27!
28! 4671 2020-09-09 20:27:58Z pavelkrc
29! Implementation of downward facing USM and LSM surfaces
30!
31! 4646 2020-08-24 16:02:40Z raasch
32! file re-formatted to follow the PALM coding standard
33!
34! 4581 2020-06-29 08:49:58Z suehring
35! Formatting adjustment
36!
37! 4551 2020-06-02 10:22:25Z suehring
38! Bugfix in summation for statistical regions
39!
40! 4521 2020-05-06 11:39:49Z schwenkel
41! Rename variable
42!
43! 4502 2020-04-17 16:14:16Z schwenkel
44! Implementation of ice microphysics
45!
46! 4472 2020-03-24 12:21:00Z Giersch
47! Calculations of the Kolmogorov lengt scale eta implemented
48!
49! 4464 2020-03-17 11:08:46Z Giersch
50! Reset last change (r4463)
51!
52! 4463 2020-03-17 09:27:36Z Giersch
53! Calculate horizontally averaged profiles of all velocity components at the same place
54!
55! 4444 2020-03-05 15:59:50Z raasch
56! bugfix: cpp-directives for serial mode added
57!
58! 4442 2020-03-04 19:21:13Z suehring
59! Change order of dimension in surface array %frac to allow for better vectorization.
60!
61! 4441 2020-03-04 19:20:35Z suehring
62! Introduction of wall_flags_total_0, which currently sets bits based on static topography
63! information used in wall_flags_static_0
64!
65! 4329 2019-12-10 15:46:36Z motisi
66! Renamed wall_flags_0 to wall_flags_static_0
67!
68! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
69! Corrected "Former revisions" section
70!
71! 4131 2019-08-02 11:06:18Z monakurppa
72! Allow profile output for salsa variables.
73!
74! 4039 2019-06-18 10:32:41Z suehring
75! Correct conversion to kinematic scalar fluxes in case of pw-scheme and statistic regions
76!
77! 3828 2019-03-27 19:36:23Z raasch
78! unused variables removed
79!
80! 3676 2019-01-16 15:07:05Z knoop
81! Bugfix, terminate OMP Parallel block
82!
83! Revision 1.1  1997/08/11 06:15:17  raasch
84! Initial revision
85!
86!
87! Description:
88! ------------
89!> Compute average profiles and further average flow quantities for the different user-defined
90!> (sub-)regions. The region indexed 0 is the total model domain.
91!>
92!> @note For simplicity, nzb_s_inner and nzb_diff_s_inner are used as a lower vertical index for
93!>       k-loops for all variables, although strictly speaking the k-loops would have to be split
94!>       up according to the staggered grid. However, this implies no error since staggered velocity
95!>       components are zero at the walls and inside buildings.
96!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
97 SUBROUTINE flow_statistics
98
99
100    USE arrays_3d,                                                                                 &
101        ONLY:  ddzu, ddzw, d_exner, e, heatflux_output_conversion, hyp, km, kh,                    &
102               momentumflux_output_conversion, nc, ni, nr, p, prho, prr, pt, q, qc, qi, ql, qr,    &
103               rho_air, rho_air_zw, rho_ocean, s, sa, u, ug, v, vg, vpt, w, w_subs,                &
104               waterflux_output_conversion, zw
105
106    USE basic_constants_and_equations_mod,                                                         &
107        ONLY:  g, lv_d_cp
108
109    USE bulk_cloud_model_mod,                                                                      &
110        ONLY: bulk_cloud_model, microphysics_morrison, microphysics_seifert, microphysics_ice_phase
111
112    USE chem_modules,                                                                              &
113        ONLY:  max_pr_cs
114
115    USE control_parameters,                                                                        &
116        ONLY:   air_chemistry, average_count_pr, cloud_droplets, do_sum, dt_3d, humidity,          &
117                initializing_actions, kolmogorov_length_scale, land_surface, large_scale_forcing,  &
118                large_scale_subsidence, max_pr_salsa, max_pr_user, message_string, neutral,        &
119                ocean_mode, passive_scalar, salsa, simulated_time, simulated_time_at_begin,        &
120                use_subsidence_tendencies, use_surface_fluxes, use_top_fluxes, ws_scheme_mom,      &
121                ws_scheme_sca
122
123    USE cpulog,                                                                                    &
124        ONLY:   cpu_log, log_point
125
126    USE grid_variables,                                                                            &
127        ONLY:   ddx, ddy
128
129    USE indices,                                                                                   &
130        ONLY:   ngp_2dh, ngp_2dh_s_inner, ngp_3d, ngp_3d_inner, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt,      &
131                topo_min_level, wall_flags_total_0
132
133#if defined( __parallel )
134    USE indices,                                                                                   &
135        ONLY:  ngp_sums, ngp_sums_ls
136#endif
137
138    USE kinds
139
140    USE land_surface_model_mod,                                                                    &
141        ONLY:   m_soil_h, nzb_soil, nzt_soil, t_soil_h
142
143    USE lsf_nudging_mod,                                                                           &
144        ONLY:   td_lsa_lpt, td_lsa_q, td_sub_lpt, td_sub_q, time_vert
145
146    USE module_interface,                                                                          &
147        ONLY:  module_interface_statistics
148
149    USE netcdf_interface,                                                                          &
150        ONLY:  dots_rad, dots_soil, dots_max
151
152    USE pegrid
153
154    USE radiation_model_mod,                                                                       &
155        ONLY:  radiation, radiation_scheme,                                                        &
156               rad_lw_in, rad_lw_out, rad_lw_cs_hr, rad_lw_hr,                                     &
157               rad_sw_in, rad_sw_out, rad_sw_cs_hr, rad_sw_hr
158
159    USE statistics
160
161    USE surface_mod,                                                                               &
162        ONLY :  surf_def_h, surf_lsm_h, surf_usm_h
163
164
165    IMPLICIT NONE
166
167    INTEGER(iwp) ::  i                   !<
168    INTEGER(iwp) ::  j                   !<
169    INTEGER(iwp) ::  k                   !<
170    INTEGER(iwp) ::  ki                  !<
171    INTEGER(iwp) ::  k_surface_level     !<
172    INTEGER(iwp) ::  m                   !< loop variable over all horizontal wall elements
173    INTEGER(iwp) ::  l                   !< loop variable over surface facing -- up- or downward-facing
174    INTEGER(iwp) ::  nt                  !<
175!$  INTEGER(iwp) ::  omp_get_thread_num  !<
176    INTEGER(iwp) ::  sr                  !<
177    INTEGER(iwp) ::  tn                  !<
178
179    LOGICAL ::  first  !<
180
181    REAL(wp) ::  dissipation      !< dissipation rate
182    REAL(wp) ::  dptdz_threshold  !<
183    REAL(wp) ::  du_dx            !< Derivative of u fluctuations with respect to x
184    REAL(wp) ::  du_dy            !< Derivative of u fluctuations with respect to y
185    REAL(wp) ::  du_dz            !< Derivative of u fluctuations with respect to z
186    REAL(wp) ::  dv_dx            !< Derivative of v fluctuations with respect to x
187    REAL(wp) ::  dv_dy            !< Derivative of v fluctuations with respect to y
188    REAL(wp) ::  dv_dz            !< Derivative of v fluctuations with respect to z
189    REAL(wp) ::  dw_dx            !< Derivative of w fluctuations with respect to x
190    REAL(wp) ::  dw_dy            !< Derivative of w fluctuations with respect to y
191    REAL(wp) ::  dw_dz            !< Derivative of w fluctuations with respect to z
192    REAL(wp) ::  eta              !< Kolmogorov length scale
193    REAL(wp) ::  fac              !<
194    REAL(wp) ::  flag             !<
195    REAL(wp) ::  height           !<
196    REAL(wp) ::  pts              !<
197    REAL(wp) ::  s11              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 11
198    REAL(wp) ::  s21              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 21
199    REAL(wp) ::  s31              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 31
200    REAL(wp) ::  s12              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 12
201    REAL(wp) ::  s22              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 22
202    REAL(wp) ::  s32              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 32
203    REAL(wp) ::  s13              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 13
204    REAL(wp) ::  s23              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 23
205    REAL(wp) ::  s33              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 33
206    REAL(wp) ::  sums_l_etot      !<
207    REAL(wp) ::  ust              !<
208    REAL(wp) ::  ust2             !<
209    REAL(wp) ::  u2               !<
210    REAL(wp) ::  vst              !<
211    REAL(wp) ::  vst2             !<
212    REAL(wp) ::  v2               !<
213    REAL(wp) ::  w2               !<
214
215    REAL(wp) ::  dptdz(nzb+1:nzt+1)    !<
216    REAL(wp) ::  sums_ll(nzb:nzt+1,2)  !<
217
218
219    CALL cpu_log( log_point(10), 'flow_statistics', 'start' )
220
221
222!
223!-- To be on the safe side, check whether flow_statistics has already been called once after the
224!-- current time step.
225    IF ( flow_statistics_called )  THEN
226
227       message_string = 'flow_statistics is called two times within one ' // 'timestep'
228       CALL message( 'flow_statistics', 'PA0190', 1, 2, 0, 6, 0 )
229
230    ENDIF
231
232!
233!-- Compute statistics for each (sub-)region
234    DO  sr = 0, statistic_regions
235
236!
237!--    Initialize (local) summation array
238       sums_l = 0.0_wp
239#ifdef _OPENACC
240       !$ACC KERNELS PRESENT(sums_l)
241       sums_l = 0.0_wp
242       !$ACC END KERNELS
243#endif
244
245!
246!--    Store sums that have been computed in other subroutines in summation array
247       sums_l(:,11,:) = sums_l_l(:,sr,:)      ! mixing length from diffusivities
248!--    WARNING: next line still has to be adjusted for OpenMP
249       sums_l(:,21,0) = sums_wsts_bc_l(:,sr) *                                                     &
250                        heatflux_output_conversion  ! heat flux from advec_s_bc
251       sums_l(nzb+9,pr_palm,0)  = sums_divold_l(sr)  ! old divergence from pres
252       sums_l(nzb+10,pr_palm,0) = sums_divnew_l(sr)  ! new divergence from pres
253
254!
255!--    When calcuating horizontally-averaged total (resolved- plus subgrid-scale) vertical fluxes
256!--    and velocity variances by using commonly-applied Reynolds-based methods
257!--    ( e.g. <w'pt'> = (w-<w>)*(pt-<pt>) ) in combination with the 5th order advection scheme,
258!--    pronounced artificial kinks could be observed in the vertical profiles near the surface.
259!--    Please note: these kinks were not related to the model truth, i.e. these kinks are just
260!--    related to an evaluation problem.
261!--    In order avoid these kinks, vertical fluxes and horizontal as well vertical velocity
262!--    variances are calculated directly within the advection routines, according to the numerical
263!--    discretization, to evaluate the statistical quantities as they will appear within the
264!--    prognostic equations.
265!--    Copy the turbulent quantities, evaluated in the advection routines to the local array
266!--    sums_l() for further computations.
267       IF ( ws_scheme_mom .AND. sr == 0 )  THEN
268
269!
270!--       According to the Neumann bc for the horizontal velocity components, the corresponding
271!--       fluxes has to satisfiy the same bc.
272          IF ( ocean_mode )  THEN
273             sums_us2_ws_l(nzt+1,:) = sums_us2_ws_l(nzt,:)
274             sums_vs2_ws_l(nzt+1,:) = sums_vs2_ws_l(nzt,:)
275          ENDIF
276
277          DO  i = 0, threads_per_task-1
278!
279!--          Swap the turbulent quantities evaluated in advec_ws.
280             sums_l(:,13,i) = sums_wsus_ws_l(:,i) * momentumflux_output_conversion ! w*u*
281             sums_l(:,15,i) = sums_wsvs_ws_l(:,i) * momentumflux_output_conversion ! w*v*
282             sums_l(:,30,i) = sums_us2_ws_l(:,i)                                   ! u*2
283             sums_l(:,31,i) = sums_vs2_ws_l(:,i)                                   ! v*2
284             sums_l(:,32,i) = sums_ws2_ws_l(:,i)                                   ! w*2
285             sums_l(:,34,i) = sums_l(:,34,i) + 0.5_wp *                                            &
286                              ( sums_us2_ws_l(:,i) + sums_vs2_ws_l(:,i) + sums_ws2_ws_l(:,i) )  ! e*
287          ENDDO
288
289       ENDIF
290
291       IF ( ws_scheme_sca .AND. sr == 0 )  THEN
292
293          DO  i = 0, threads_per_task-1
294             sums_l(:,17,i)                        = sums_wspts_ws_l(:,i)                          &
295                                                     * heatflux_output_conversion   ! w*pt*
296             IF ( ocean_mode     ) sums_l(:,66,i)  = sums_wssas_ws_l(:,i)           ! w*sa*
297             IF ( humidity       ) sums_l(:,49,i)  = sums_wsqs_ws_l(:,i)                           &
298                                                     * waterflux_output_conversion  ! w*q*
299             IF ( passive_scalar ) sums_l(:,114,i) = sums_wsss_ws_l(:,i)            ! w*s*
300          ENDDO
301
302       ENDIF
303!
304!--    Horizontally averaged profiles of horizontal velocities and temperature.
305!--    They must have been computed before, because they are already required for other horizontal
306!--    averages.
307       tn = 0
308       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn, flag )
309       !$ tn = omp_get_thread_num()
310       !$OMP DO
311       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k, flag) &
312       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, u, v, pt, rmask, sums_l)
313       DO  i = nxl, nxr
314          DO  j =  nys, nyn
315             DO  k = nzb, nzt+1
316                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
317                !$ACC ATOMIC
318                sums_l(k,1,tn)  = sums_l(k,1,tn)  + u(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
319                !$ACC ATOMIC
320                sums_l(k,2,tn)  = sums_l(k,2,tn)  + v(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
321                !$ACC ATOMIC
322                sums_l(k,4,tn)  = sums_l(k,4,tn)  + pt(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
323             ENDDO
324          ENDDO
325       ENDDO
326       !$ACC UPDATE HOST(sums_l(:,1,tn), sums_l(:,2,tn), sums_l(:,4,tn))
327
328!
329!--    Horizontally averaged profile of salinity
330       IF ( ocean_mode )  THEN
331          !$OMP DO
332          DO  i = nxl, nxr
333             DO  j =  nys, nyn
334                DO  k = nzb, nzt+1
335                   sums_l(k,23,tn)  = sums_l(k,23,tn) + sa(k,j,i)                                  &
336                                      * rmask(j,i,sr)                                              &
337                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                                     &
338                                               BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
339                ENDDO
340             ENDDO
341          ENDDO
342       ENDIF
343
344!
345!--    Horizontally averaged profiles of virtual potential temperature, total water content, water
346!--    vapor mixing ratio and liquid water potential temperature
347       IF ( humidity )  THEN
348          !$OMP DO
349          DO  i = nxl, nxr
350             DO  j =  nys, nyn
351                DO  k = nzb, nzt+1
352                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
353                   sums_l(k,44,tn)  = sums_l(k,44,tn) + vpt(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
354                   sums_l(k,41,tn)  = sums_l(k,41,tn) + q(k,j,i) * rmask(j,i,sr)   * flag
355                ENDDO
356             ENDDO
357          ENDDO
358          IF ( bulk_cloud_model )  THEN
359             !$OMP DO
360             DO  i = nxl, nxr
361                DO  j =  nys, nyn
362                   DO  k = nzb, nzt+1
363                      flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
364                      sums_l(k,42,tn) = sums_l(k,42,tn) +                      &
365                                        ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) * rmask(j,i,sr) * flag
366                      sums_l(k,43,tn) = sums_l(k,43,tn) + (                                        &
367                                           pt(k,j,i) + lv_d_cp * d_exner(k) * ql(k,j,i)            &
368                                                          ) * rmask(j,i,sr) * flag
369                   ENDDO
370                ENDDO
371             ENDDO
372          ENDIF
373       ENDIF
374
375!
376!--    Horizontally averaged profiles of passive scalar
377       IF ( passive_scalar )  THEN
378          !$OMP DO
379          DO  i = nxl, nxr
380             DO  j =  nys, nyn
381                DO  k = nzb, nzt+1
382                   sums_l(k,115,tn)  = sums_l(k,115,tn) + s(k,j,i)                                 &
383                                       * rmask(j,i,sr)                                             &
384                                       * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                                    &
385                                                BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
386                ENDDO
387             ENDDO
388          ENDDO
389       ENDIF
390       !$OMP END PARALLEL
391!
392!--    Summation of thread sums
393       IF ( threads_per_task > 1 )  THEN
394          DO  i = 1, threads_per_task-1
395             sums_l(:,1,0) = sums_l(:,1,0) + sums_l(:,1,i)
396             sums_l(:,2,0) = sums_l(:,2,0) + sums_l(:,2,i)
397             sums_l(:,4,0) = sums_l(:,4,0) + sums_l(:,4,i)
398             IF ( ocean_mode )  THEN
399                sums_l(:,23,0) = sums_l(:,23,0) + sums_l(:,23,i)
400             ENDIF
401             IF ( humidity )  THEN
402                sums_l(:,41,0) = sums_l(:,41,0) + sums_l(:,41,i)
403                sums_l(:,44,0) = sums_l(:,44,0) + sums_l(:,44,i)
404                IF ( bulk_cloud_model )  THEN
405                   sums_l(:,42,0) = sums_l(:,42,0) + sums_l(:,42,i)
406                   sums_l(:,43,0) = sums_l(:,43,0) + sums_l(:,43,i)
407                ENDIF
408             ENDIF
409             IF ( passive_scalar )  THEN
410                sums_l(:,115,0) = sums_l(:,115,0) + sums_l(:,115,i)
411             ENDIF
412          ENDDO
413       ENDIF
414
415#if defined( __parallel )
416!
417!--    Compute total sum from local sums
418       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
419       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,1,0), sums(nzb,1), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
420                           ierr )
421       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
422       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,2,0), sums(nzb,2), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
423                           ierr )
424       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
425       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,4,0), sums(nzb,4), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
426                           ierr )
427       IF ( ocean_mode )  THEN
428          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
429          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,23,0), sums(nzb,23), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
430                              ierr )
431       ENDIF
432       IF ( humidity ) THEN
433          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
434          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,44,0), sums(nzb,44), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
435                              ierr )
436          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
437          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,41,0), sums(nzb,41), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
438                              ierr )
439          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
440             IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
441             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,42,0), sums(nzb,42), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,     &
442                                 comm2d, ierr )
443             IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
444             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,43,0), sums(nzb,43), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,     &
445                                 comm2d, ierr )
446          ENDIF
447       ENDIF
448
449       IF ( passive_scalar )  THEN
450          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
451          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,115,0), sums(nzb,115), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,      &
452                              comm2d, ierr )
453       ENDIF
454#else
455       sums(:,1) = sums_l(:,1,0)
456       sums(:,2) = sums_l(:,2,0)
457       sums(:,4) = sums_l(:,4,0)
458       IF ( ocean_mode )  sums(:,23) = sums_l(:,23,0)
459       IF ( humidity ) THEN
460          sums(:,44) = sums_l(:,44,0)
461          sums(:,41) = sums_l(:,41,0)
462          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
463             sums(:,42) = sums_l(:,42,0)
464             sums(:,43) = sums_l(:,43,0)
465          ENDIF
466       ENDIF
467       IF ( passive_scalar )  sums(:,115) = sums_l(:,115,0)
468#endif
469
470!
471!--    Final values are obtained by division by the total number of grid points used for summation.
472!--    After that store profiles.
473       sums(:,1) = sums(:,1) / ngp_2dh(sr)
474       sums(:,2) = sums(:,2) / ngp_2dh(sr)
475       sums(:,4) = sums(:,4) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
476       hom(:,1,1,sr) = sums(:,1)             ! u
477       hom(:,1,2,sr) = sums(:,2)             ! v
478       hom(:,1,4,sr) = sums(:,4)             ! pt
479       !$ACC UPDATE DEVICE(hom(:,1,1,sr), hom(:,1,2,sr), hom(:,1,4,sr))
480
481
482!
483!--    Salinity
484       IF ( ocean_mode )  THEN
485          sums(:,23) = sums(:,23) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
486          hom(:,1,23,sr) = sums(:,23)             ! sa
487       ENDIF
488
489!
490!--    Humidity and cloud parameters
491       IF ( humidity ) THEN
492          sums(:,44) = sums(:,44) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
493          sums(:,41) = sums(:,41) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
494          hom(:,1,44,sr) = sums(:,44)             ! vpt
495          hom(:,1,41,sr) = sums(:,41)             ! qv (q)
496          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
497             sums(:,42) = sums(:,42) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
498             sums(:,43) = sums(:,43) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
499             hom(:,1,42,sr) = sums(:,42)             ! qv
500             hom(:,1,43,sr) = sums(:,43)             ! pt
501          ENDIF
502       ENDIF
503
504!
505!--    Passive scalar
506       IF ( passive_scalar )  hom(:,1,115,sr) = sums(:,115) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)  ! s
507
508!
509!--    Horizontally averaged profiles of the remaining prognostic variables, variances, the total
510!--    and the perturbation energy (single values in last column of sums_l) and some diagnostic
511!--    quantities.
512!--    NOTE: for simplicity, nzb_s_inner is used below, although strictly speaking the following
513!--    ----  k-loop would have to be split up and rearranged according to the staggered grid.
514!--          However, this implies no error since staggered velocity components are zero at the
515!--          walls and inside buildings.
516       tn = 0
517       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, pts, sums_ll,                          &
518       !$OMP                   sums_l_etot, tn, ust, ust2, u2, vst, vst2, v2,  &
519       !$OMP                   w2, flag, m, ki, l )
520       !$ tn = omp_get_thread_num()
521       !$OMP DO
522       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j, k, m) &
523       !$ACC PRIVATE(sums_l_etot, flag, du_dx, du_dy, du_dz) &
524       !$ACC PRIVATE(dv_dx, dv_dy, dv_dz, dw_dx, dw_dy, dw_dz) &
525       !$ACC PRIVATE(s11, s21, s31, s12, s22, s32, s13, s23, s33) &
526       !$ACC PRIVATE(dissipation, eta) &
527       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, rmask, momentumflux_output_conversion) &
528       !$ACC PRESENT(hom(:,1,1:2,sr), hom(:,1,4,sr)) &
529       !$ACC PRESENT(e, u, v, w, km, kh, p, pt) &
530       !$ACC PRESENT(ddx, ddy, ddzu, ddzw) &
531       !$ACC PRESENT(surf_def_h(0), surf_lsm_h(0), surf_usm_h(0)) &
532       !$ACC PRESENT(sums_l)
533       DO  i = nxl, nxr
534          DO  j =  nys, nyn
535             sums_l_etot = 0.0_wp
536             DO  k = nzb, nzt+1
537                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
538!
539!--             Prognostic and diagnostic variables
540                !$ACC ATOMIC
541                sums_l(k,3,tn)  = sums_l(k,3,tn)  + w(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
542                !$ACC ATOMIC
543                sums_l(k,8,tn)  = sums_l(k,8,tn)  + e(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
544                !$ACC ATOMIC
545                sums_l(k,9,tn)  = sums_l(k,9,tn)  + km(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
546                !$ACC ATOMIC
547                sums_l(k,10,tn) = sums_l(k,10,tn) + kh(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
548                !$ACC ATOMIC
549                sums_l(k,40,tn) = sums_l(k,40,tn) + ( p(k,j,i)                                     &
550                                         / momentumflux_output_conversion(k) ) * flag
551
552                !$ACC ATOMIC
553                sums_l(k,33,tn) = sums_l(k,33,tn) + &
554                                  ( pt(k,j,i)-hom(k,1,4,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
555#ifndef _OPENACC
556                IF ( humidity )  THEN
557                   sums_l(k,70,tn) = sums_l(k,70,tn) +                                             &
558                                     ( q(k,j,i)-hom(k,1,41,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
559                ENDIF
560                IF ( passive_scalar )  THEN
561                   sums_l(k,116,tn) = sums_l(k,116,tn) +                                           &
562                                      ( s(k,j,i)-hom(k,1,115,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
563                ENDIF
564#endif
565!
566!--             Higher moments
567!--             (Computation of the skewness of w further below)
568                !$ACC ATOMIC
569                sums_l(k,38,tn) = sums_l(k,38,tn) + w(k,j,i)**3 * rmask(j,i,sr) * flag
570
571                sums_l_etot  = sums_l_etot + 0.5_wp * ( u(k,j,i)**2 + v(k,j,i)**2 + w(k,j,i)**2 )  &
572                                             * rmask(j,i,sr) * flag
573
574!
575!--             Computation of the Kolmogorov length scale. Calculation is based on gradients of the
576!--             deviations from the horizontal mean.
577!--             Kolmogorov scale at the boundaries (k=0/z=0m and k=nzt+1) is set to zero.
578                IF ( kolmogorov_length_scale .AND. k /= nzb .AND. k /= nzt+1) THEN
579                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
580
581!
582!--                Calculate components of the fluctuating rate-of-strain tensor
583!--                (0.5*(del u'_i/del x_j + del u'_j/del x_i)) defined in the center of each grid
584!--                box.
585                   du_dx = ( ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                                      &
586                             ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) ) * ddx
587                   du_dy = 0.25_wp * ddy *                                                         &
588                           ( ( u(k,j+1,i) - hom(k,1,1,sr) ) -                                      &
589                             ( u(k,j-1,i) - hom(k,1,1,sr) ) +                                      &
590                             ( u(k,j+1,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                                    &
591                             ( u(k,j-1,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) )
592                   du_dz = 0.25_wp * ( ( ( u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) ) -                        &
593                                         ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) ) *                          &
594                                       ddzu(k+1) +                                                 &
595                                       ( ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) -                            &
596                                         ( u(k-1,j,i) - hom(k-1,1,1,sr) ) ) *                      &
597                                       ddzu(k) +                                                   &
598                                       ( ( u(k+1,j,i+1) - hom(k+1,1,1,sr) ) -                      &
599                                         ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) ) *                        &
600                                       ddzu(k+1) +                                                 &
601                                       ( ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                          &
602                                         ( u(k-1,j,i+1) - hom(k-1,1,1,sr) ) ) *                    &
603                                       ddzu(k) )
604
605                   dv_dx = 0.25_wp * ddx *                                                         &
606                           ( ( v(k,j,i+1) - hom(k,1,2,sr) ) -                                      &
607                             ( v(k,j,i-1) - hom(k,1,2,sr) ) +                                      &
608                             ( v(k,j+1,i+1) - hom(k,1,2,sr) ) -                                    &
609                             ( v(k,j+1,i-1) - hom(k,1,2,sr) ) )
610                   dv_dy = ( ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) - ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) * ddy
611                   dv_dz = 0.25_wp * ( ( ( v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) ) -                        &
612                                         ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) *                          &
613                                       ddzu(k+1) +                                                 &
614                                       ( ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) -                            &
615                                         ( v(k-1,j,i) - hom(k-1,1,2,sr) ) ) *                      &
616                                       ddzu(k) +                                                   &
617                                       ( ( v(k+1,j+1,i) - hom(k+1,1,2,sr) ) -                      &
618                                         ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) *                        &
619                                       ddzu(k+1) +                                                 &
620                                       ( ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) -                          &
621                                         ( v(k-1,j+1,i) - hom(k-1,1,2,sr) ) ) *                    &
622                                       ddzu(k) )
623
624                   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) )
625                   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) )
626                   dw_dz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k)
627
628                   s11 = 0.5_wp * ( du_dx + du_dx )
629                   s21 = 0.5_wp * ( dv_dx + du_dy )
630                   s31 = 0.5_wp * ( dw_dx + du_dz )
631
632                   s12 = s21
633                   s22 = 0.5 * ( dv_dy + dv_dy )
634                   s32 = 0.5 * ( dw_dy + dv_dz )
635
636                   s13 = s31
637                   s23 = s32
638                   s33 = 0.5_wp * ( dw_dz + dw_dz )
639
640!--                Calculate 3D instantaneous energy dissipation rate following Pope (2000):
641!--                Turbulent flows, p.259. It is defined in the center of each grid volume.
642                   dissipation = 2.0_wp * km(k,j,i) *                                              &
643                                ( s11*s11 + s21*s21 + s31*s31 +                                    &
644                                  s12*s12 + s22*s22 + s32*s32 +                                    &
645                                  s13*s13 + s23*s23 + s33*s33 )
646                   eta         = ( km(k,j,i)**3.0_wp / ( dissipation+1.0E-12 ) )**(1.0_wp/4.0_wp)
647
648                   !$ACC ATOMIC
649                   sums_l(k,121,tn) = sums_l(k,121,tn) + eta * rmask(j,i,sr) * flag
650
651
652                ENDIF !Kolmogorov length scale
653
654             ENDDO !k-loop
655!
656!--          Total and perturbation energy for the total domain (being collected in the last column
657!--          of sums_l). Summation of these quantities is seperated from the previous loop in order
658!--          to allow vectorization of that loop.
659             !$ACC ATOMIC
660             sums_l(nzb+4,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+4,pr_palm,tn) + sums_l_etot
661!
662!--          2D-arrays (being collected in the last column of sums_l)
663             IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
664                m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
665                !$ACC ATOMIC
666                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
667                                           surf_def_h(0)%us(m)   * rmask(j,i,sr)
668                !$ACC ATOMIC
669                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
670                                           surf_def_h(0)%usws(m) * rmask(j,i,sr)
671                !$ACC ATOMIC
672                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
673                                           surf_def_h(0)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
674                !$ACC ATOMIC
675                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
676                                           surf_def_h(0)%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
677#ifndef _OPENACC
678                IF ( humidity )  THEN
679                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
680                                               surf_def_h(0)%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
681                ENDIF
682                IF ( passive_scalar )  THEN
683                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
684                                               surf_def_h(0)%ss(m)   * rmask(j,i,sr)
685                ENDIF
686#endif
687!
688!--             Summation of surface temperature.
689                !$ACC ATOMIC
690                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn)   +                          &
691                                            surf_def_h(0)%pt_surface(m) * rmask(j,i,sr)
692             ENDIF
693             IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
694                m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
695                !$ACC ATOMIC
696                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
697                                           surf_lsm_h(0)%us(m)   * rmask(j,i,sr)
698                !$ACC ATOMIC
699                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
700                                           surf_lsm_h(0)%usws(m) * rmask(j,i,sr)
701                !$ACC ATOMIC
702                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
703                                           surf_lsm_h(0)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
704                !$ACC ATOMIC
705                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
706                                           surf_lsm_h(0)%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
707#ifndef _OPENACC
708                IF ( humidity )  THEN
709                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
710                                               surf_lsm_h(0)%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
711                ENDIF
712                IF ( passive_scalar )  THEN
713                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
714                                               surf_lsm_h(0)%ss(m)   * rmask(j,i,sr)
715                ENDIF
716#endif
717!
718!--             Summation of surface temperature.
719                !$ACC ATOMIC
720                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) +                            &
721                                            surf_lsm_h(0)%pt_surface(m) * rmask(j,i,sr)
722             ENDIF
723             IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
724                m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
725                !$ACC ATOMIC
726                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
727                                           surf_usm_h(0)%us(m)   * rmask(j,i,sr)
728                !$ACC ATOMIC
729                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
730                                           surf_usm_h(0)%usws(m) * rmask(j,i,sr)
731                !$ACC ATOMIC
732                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
733                                           surf_usm_h(0)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
734                !$ACC ATOMIC
735                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
736                                           surf_usm_h(0)%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
737#ifndef _OPENACC
738                IF ( humidity )  THEN
739                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
740                                               surf_usm_h(0)%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
741                ENDIF
742                IF ( passive_scalar )  THEN
743                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
744                                               surf_usm_h(0)%ss(m) * rmask(j,i,sr)
745                ENDIF
746#endif
747!
748!--             Summation of surface temperature.
749                !$ACC ATOMIC
750                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) +                            &
751                                            surf_usm_h(0)%pt_surface(m)  * rmask(j,i,sr)
752             ENDIF
753          ENDDO !j-loop
754       ENDDO !i-loop
755       !$ACC UPDATE &
756       !$ACC HOST(sums_l(:,3,tn), sums_l(:,8,tn), sums_l(:,9,tn)) &
757       !$ACC HOST(sums_l(:,10,tn), sums_l(:,40,tn), sums_l(:,33,tn)) &
758       !$ACC HOST(sums_l(:,38,tn), sums_l(:,121,tn)) &
759       !$ACC HOST(sums_l(nzb:nzb+4,pr_palm,tn), sums_l(nzb+14:nzb+14,pr_palm,tn))
760
761!
762!--    Computation of statistics when ws-scheme is not used. Else these
763!--    quantities are evaluated in the advection routines.
764       IF ( .NOT. ws_scheme_mom .OR. sr /= 0 .OR. simulated_time == 0.0_wp )  THEN
765          !$OMP DO
766          DO  i = nxl, nxr
767             DO  j =  nys, nyn
768                DO  k = nzb, nzt+1
769                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
770
771                   u2   = u(k,j,i)**2
772                   v2   = v(k,j,i)**2
773                   w2   = w(k,j,i)**2
774                   ust2 = ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )**2
775                   vst2 = ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )**2
776
777                   sums_l(k,30,tn) = sums_l(k,30,tn) + ust2 * rmask(j,i,sr) * flag
778                   sums_l(k,31,tn) = sums_l(k,31,tn) + vst2 * rmask(j,i,sr) * flag
779                   sums_l(k,32,tn) = sums_l(k,32,tn) + w2   * rmask(j,i,sr) * flag
780!
781!--                Perturbation energy
782                   sums_l(k,34,tn) = sums_l(k,34,tn) +                                             &
783                                     0.5_wp * ( ust2 + vst2 + w2 ) * rmask(j,i,sr) * flag
784                ENDDO
785             ENDDO
786          ENDDO
787       ENDIF
788!
789!--    Computaion of domain-averaged perturbation energy. Please note, to prevent that perturbation
790!--    energy is larger (even if only slightly) than the total kinetic energy, calculation is based
791!--    on deviations from the horizontal mean, instead of spatial descretization of the advection
792!--    term.
793       !$OMP DO
794       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k, flag, w2, ust2, vst2) &
795       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, u, v, w, rmask, hom(:,1,1:2,sr)) &
796       !$ACC PRESENT(sums_l)
797       DO  i = nxl, nxr
798          DO  j =  nys, nyn
799             DO  k = nzb, nzt+1
800                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
801
802                w2   = w(k,j,i)**2
803                ust2 = ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )**2
804                vst2 = ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )**2
805                w2   = w(k,j,i)**2
806
807                !$ACC ATOMIC
808                sums_l(nzb+5,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+5,pr_palm,tn)                                &
809                                           + 0.5_wp * ( ust2 + vst2 + w2 ) * rmask(j,i,sr) * flag
810
811             ENDDO
812          ENDDO
813       ENDDO
814       !$ACC UPDATE HOST(sums_l(nzb+5:nzb+5,pr_palm,tn))
815
816!
817!--    Horizontally averaged profiles of the vertical fluxes
818       !$OMP DO
819       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j, k, l, m) &
820       !$ACC PRIVATE(ki, flag, ust, vst, pts) &
821       !$ACC PRESENT(kh, km, u, v, w, pt) &
822       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, rmask, ddzu, rho_air_zw, hom(:,1,1:4,sr)) &
823       !$ACC PRESENT(heatflux_output_conversion, momentumflux_output_conversion) &
824       !$ACC PRESENT(surf_def_h(0:2), surf_lsm_h(0:1), surf_usm_h(0:1)) &
825       !$ACC PRESENT(sums_l)
826       DO  i = nxl, nxr
827          DO  j = nys, nyn
828!
829!--          Subgridscale fluxes (without Prandtl layer from k=nzb, oterwise from k=nzb+1)
830!--          NOTE: for simplicity, nzb_diff_s_inner is used below, although strictly speaking the
831!--          ----  following k-loop would have to be split up according to the staggered grid.
832!--                However, this implies no error since staggered velocity components are zero at
833!--                the walls and inside buildings.
834!--          Flag 23 is used to mask surface fluxes as well as model-top fluxes, which are added
835!--          further below.
836             DO  k = nzb, nzt
837                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *           &
838                       MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
839!
840!--             Momentum flux w"u"
841                !$ACC ATOMIC
842                sums_l(k,12,tn) = sums_l(k,12,tn) - 0.25_wp * (                                    &
843                                  km(k,j,i) + km(k+1,j,i) + km(k,j,i-1) + km(k+1,j,i-1)            &
844                                                              ) * (                                &
845                                      ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)                      &
846                                    + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx                            &
847                                                                  ) * rmask(j,i,sr)                &
848                                            * rho_air_zw(k)                                        &
849                                            * momentumflux_output_conversion(k)                    &
850                                            * flag
851!
852!--             Momentum flux w"v"
853                !$ACC ATOMIC
854                sums_l(k,14,tn) = sums_l(k,14,tn) - 0.25_wp * (                                    &
855                                  km(k,j,i) + km(k+1,j,i) + km(k,j-1,i) + km(k+1,j-1,i)            &
856                                                              ) * (                                &
857                                      ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)                      &
858                                    + ( w(k,j,i)   - w(k,j-1,i) ) * ddy                            &
859                                                                  ) * rmask(j,i,sr)                &
860                                            * rho_air_zw(k)                                        &
861                                            * momentumflux_output_conversion(k)                    &
862                                            * flag
863!
864!--             Heat flux w"pt"
865                !$ACC ATOMIC
866                sums_l(k,16,tn) = sums_l(k,16,tn)                                                  &
867                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
868                                               * ( pt(k+1,j,i) - pt(k,j,i) )                       &
869                                               * rho_air_zw(k)                                     &
870                                               * heatflux_output_conversion(k)                     &
871                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                         &
872                                               * flag
873
874!
875!--             Salinity flux w"sa"
876#ifndef _OPENACC
877                IF ( ocean_mode )  THEN
878                   sums_l(k,65,tn) = sums_l(k,65,tn)                                               &
879                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
880                                               * ( sa(k+1,j,i) - sa(k,j,i) )                       &
881                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                         &
882                                               * flag
883                ENDIF
884
885!
886!--             Buoyancy flux, water flux (humidity flux) w"q"
887                IF ( humidity ) THEN
888                   sums_l(k,45,tn) = sums_l(k,45,tn)                                               &
889                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
890                                               * ( vpt(k+1,j,i) - vpt(k,j,i) )                     &
891                                               * rho_air_zw(k)                                     &
892                                               * heatflux_output_conversion(k)                     &
893                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
894                   sums_l(k,48,tn) = sums_l(k,48,tn)                                               &
895                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
896                                               * ( q(k+1,j,i) - q(k,j,i) )                         &
897                                               * rho_air_zw(k)                                     &
898                                               * waterflux_output_conversion(k)                    &
899                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
900
901                   IF ( bulk_cloud_model ) THEN
902                      sums_l(k,51,tn) = sums_l(k,51,tn)                                            &
903                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
904                                               * ( ( q(k+1,j,i) - ql(k+1,j,i) )                    &
905                                                - ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) )                       &
906                                               * rho_air_zw(k)                                     &
907                                               * waterflux_output_conversion(k)                    &
908                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
909                   ENDIF
910                ENDIF
911
912!
913!--             Passive scalar flux
914                IF ( passive_scalar )  THEN
915                   sums_l(k,117,tn) = sums_l(k,117,tn)                                             &
916                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
917                                                  * ( s(k+1,j,i) - s(k,j,i) )                      &
918                                                  * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                      &
919                                                              * flag
920                ENDIF
921#endif
922
923             ENDDO
924
925!
926!--          Subgridscale fluxes in the Prandtl layer
927             IF ( use_surface_fluxes )  THEN
928                DO  l = 0, 1
929                   ! The original code using MERGE doesn't work with the PGI
930                   ! compiler when running on the GPU.
931                   ! This is submitted as a compiler Bug in PGI ticket TPR#26718
932                   ! ki = MERGE( -1, 0, l == 0 )
933                   ki = -1 + l
934                   IF ( surf_def_h(l)%ns >= 1 )  THEN
935                      DO  m = surf_def_h(l)%start_index(j,i),                                      &
936                              surf_def_h(l)%end_index(j,i)
937                         k = surf_def_h(l)%k(m)
938
939                         !$ACC ATOMIC
940                         sums_l(k+ki,12,tn) = sums_l(k+ki,12,tn) +                                 &
941                                              momentumflux_output_conversion(k+ki) *               &
942                                              surf_def_h(l)%usws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"u"
943                         !$ACC ATOMIC
944                         sums_l(k+ki,14,tn) = sums_l(k+ki,14,tn) +                                 &
945                                              momentumflux_output_conversion(k+ki) *               &
946                                              surf_def_h(l)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"v"
947                         !$ACC ATOMIC
948                         sums_l(k+ki,16,tn) = sums_l(k+ki,16,tn) +                                 &
949                                              heatflux_output_conversion(k+ki) *                   &
950                                              surf_def_h(l)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)     ! w"pt"
951#if 0
952                         sums_l(k+ki,58,tn) = sums_l(k+ki,58,tn) +                                 &
953                                              0.0_wp * rmask(j,i,sr)                    ! u"pt"
954                         sums_l(k+ki,61,tn) = sums_l(k+ki,61,tn) +                                 &
955                                              0.0_wp * rmask(j,i,sr)                    ! v"pt"
956#endif
957#ifndef _OPENACC
958                         IF ( ocean_mode )  THEN
959                            sums_l(k+ki,65,tn) = sums_l(k+ki,65,tn) +                              &
960                                                 surf_def_h(l)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
961                         ENDIF
962                         IF ( humidity )  THEN
963                            sums_l(k+ki,48,tn) = sums_l(k+ki,48,tn) +                              &
964                                                 waterflux_output_conversion(k+ki) *               &
965                                                 surf_def_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"q" (w"qv")
966                            sums_l(k+ki,45,tn) = sums_l(k+ki,45,tn) +  (                           &
967                                                 ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(k+ki,j,i) ) *              &
968                                                 surf_def_h(l)%shf(m) + 0.61_wp * pt(k+ki,j,i) *   &
969                                                 surf_def_h(l)%qsws(m) )                           &
970                                                 * heatflux_output_conversion(k+ki)
971                            IF ( cloud_droplets )  THEN
972                               sums_l(k+ki,45,tn) = sums_l(k+ki,45,tn) +      (                    &
973                                                    ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(k+ki,j,i) -             &
974                                                      ql(k+ki,j,i) ) * surf_def_h(l)%shf(m) +      &
975                                                      0.61_wp * pt(k+ki,j,i)                       &
976                                                      * surf_def_h(l)%qsws(m) )                    &
977                                                    * heatflux_output_conversion(k+ki)
978                            ENDIF
979                            IF ( bulk_cloud_model )  THEN
980!
981!--                            Formula does not work if ql(k+ki) /= 0.0
982                               sums_l(k+ki,51,tn) = sums_l(k+ki,51,tn) +                           &
983                                                    waterflux_output_conversion(k+ki) *            &
984                                                    surf_def_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
985                            ENDIF
986                         ENDIF
987                         IF ( passive_scalar )  THEN
988                            sums_l(k+ki,117,tn) = sums_l(k+ki,117,tn) +                            &
989                                                  surf_def_h(l)%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
990                         ENDIF
991#endif
992
993                      ENDDO
994
995                   ENDIF
996                   IF ( surf_lsm_h(l)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(l)%start_index(j,i) )  THEN
997                      m = surf_lsm_h(l)%start_index(j,i)
998                      !$ACC ATOMIC
999                      sums_l(nzb,12,tn) = sums_l(nzb,12,tn) +                                         &
1000                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1001                                          surf_lsm_h(l)%usws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"u"
1002                      !$ACC ATOMIC
1003                      sums_l(nzb,14,tn) = sums_l(nzb,14,tn) +                                         &
1004                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1005                                          surf_lsm_h(l)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"v"
1006                      !$ACC ATOMIC
1007                      sums_l(nzb,16,tn) = sums_l(nzb,16,tn) +                                         &
1008                                          heatflux_output_conversion(nzb) *                           &
1009                                          surf_lsm_h(l)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)     ! w"pt"
1010#if 0
1011                      sums_l(nzb,58,tn) = sums_l(nzb,58,tn) +                                         &
1012                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! u"pt"
1013                      sums_l(nzb,61,tn) = sums_l(nzb,61,tn) +                                         &
1014                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! v"pt"
1015#endif
1016#ifndef _OPENACC
1017                      IF ( ocean_mode )  THEN
1018                         sums_l(nzb,65,tn) = sums_l(nzb,65,tn) +                                      &
1019                                             surf_lsm_h(l)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
1020                      ENDIF
1021                      IF ( humidity )  THEN
1022                         sums_l(nzb,48,tn) = sums_l(nzb,48,tn) +                                      &
1023                                             waterflux_output_conversion(nzb) *                       &
1024                                             surf_lsm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"q" (w"qv")
1025                         sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                    &
1026                                             ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) ) * surf_lsm_h(l)%shf(m) +  &
1027                                               0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_lsm_h(l)%qsws(m) )           &
1028                                             * heatflux_output_conversion(nzb)
1029                         IF ( cloud_droplets )  THEN
1030                            sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                 &
1031                                                ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) -                     &
1032                                                  ql(nzb,j,i) ) * surf_lsm_h(l)%shf(m) +                 &
1033                                                  0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_lsm_h(l)%qsws(m) )        &
1034                                                * heatflux_output_conversion(nzb)
1035                         ENDIF
1036                         IF ( bulk_cloud_model )  THEN
1037!
1038!--                         Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
1039                            sums_l(nzb,51,tn) = sums_l(nzb,51,tn) +                                   &
1040                                                waterflux_output_conversion(nzb) *                    &
1041                                                surf_lsm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
1042                         ENDIF
1043                      ENDIF
1044                      IF ( passive_scalar )  THEN
1045                         sums_l(nzb,117,tn) = sums_l(nzb,117,tn) +                                    &
1046                                              surf_lsm_h(l)%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
1047                      ENDIF
1048#endif
1049
1050                   ENDIF
1051                   IF ( surf_usm_h(l)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(l)%start_index(j,i) )  THEN
1052                      m = surf_usm_h(l)%start_index(j,i)
1053                      !$ACC ATOMIC
1054                      sums_l(nzb,12,tn) = sums_l(nzb,12,tn) +                                         &
1055                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1056                                          surf_usm_h(l)%usws(m) * rmask(j,i,sr)                ! w"u"
1057                      !$ACC ATOMIC
1058                      sums_l(nzb,14,tn) = sums_l(nzb,14,tn) +                                         &
1059                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1060                                          surf_usm_h(l)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)                ! w"v"
1061                      !$ACC ATOMIC
1062                      sums_l(nzb,16,tn) = sums_l(nzb,16,tn) +                                         &
1063                                          heatflux_output_conversion(nzb) *                           &
1064                                          surf_usm_h(l)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)                ! w"pt"
1065#if 0
1066                      sums_l(nzb,58,tn) = sums_l(nzb,58,tn) + 0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! u"pt"
1067                      sums_l(nzb,61,tn) = sums_l(nzb,61,tn) + 0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! v"pt"
1068#endif
1069#ifndef _OPENACC
1070                      IF ( ocean_mode )  THEN
1071                         sums_l(nzb,65,tn) = sums_l(nzb,65,tn) +                                      &
1072                                             surf_usm_h(l)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)            ! w"sa"
1073                      ENDIF
1074                      IF ( humidity )  THEN
1075                         sums_l(nzb,48,tn) = sums_l(nzb,48,tn) +                                      &
1076                                             waterflux_output_conversion(nzb) *                       &
1077                                             surf_usm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)             ! w"q" (w"qv")
1078                         sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                    &
1079                                             ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) ) *                      &
1080                                             surf_usm_h(l)%shf(m) + 0.61_wp * pt(nzb,j,i) *              &
1081                                             surf_usm_h(l)%qsws(m)  )                                    &
1082                                             * heatflux_output_conversion(nzb)
1083                         IF ( cloud_droplets )  THEN
1084                            sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                 &
1085                                                ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) -                     &
1086                                                 ql(nzb,j,i) ) * surf_usm_h(l)%shf(m) +                  &
1087                                                 0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_usm_h(l)%qsws(m) )         &
1088                                                * heatflux_output_conversion(nzb)
1089                         ENDIF
1090                         IF ( bulk_cloud_model )  THEN
1091!
1092!--                         Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
1093                            sums_l(nzb,51,tn) = sums_l(nzb,51,tn) +                                   &
1094                                                waterflux_output_conversion(nzb) *                    &
1095                                                surf_usm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)          ! w"q" (w"qv")
1096                         ENDIF
1097                      ENDIF
1098                      IF ( passive_scalar )  THEN
1099                         sums_l(nzb,117,tn) = sums_l(nzb,117,tn) +                                    &
1100                                              surf_usm_h(l)%ssws(m) * rmask(j,i,sr)            ! w"s"
1101                      ENDIF
1102#endif
1103
1104                   ENDIF
1105                ENDDO
1106             ENDIF
1107
1108#ifndef _OPENACC
1109             IF ( .NOT. neutral )  THEN
1110                IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1111                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
1112                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_def_h(0)%ol(m) * rmask(j,i,sr) ! L
1113                ENDIF
1114                IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1115                   m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
1116                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_lsm_h(0)%ol(m)    * rmask(j,i,sr) ! L
1117                ENDIF
1118                IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1119                   m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
1120                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_usm_h(0)%ol(m)    * rmask(j,i,sr) ! L
1121                ENDIF
1122             ENDIF
1123
1124             IF ( radiation )  THEN
1125                IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1126                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
1127                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
1128                                        surf_def_h(0)%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
1129                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
1130                                        surf_def_h(0)%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1131                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
1132                                        surf_def_h(0)%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1133                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
1134                                        surf_def_h(0)%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1135                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
1136                                        surf_def_h(0)%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1137                ENDIF
1138                IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1139                   m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
1140                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
1141                                        surf_lsm_h(0)%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
1142                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
1143                                        surf_lsm_h(0)%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1144                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
1145                                        surf_lsm_h(0)%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1146                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
1147                                        surf_lsm_h(0)%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1148                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
1149                                        surf_lsm_h(0)%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1150                ENDIF
1151                IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1152                   m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
1153                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
1154                                        surf_usm_h(0)%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
1155                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
1156                                        surf_usm_h(0)%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1157                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
1158                                        surf_usm_h(0)%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1159                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
1160                                        surf_usm_h(0)%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1161                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
1162                                        surf_usm_h(0)%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1163                ENDIF
1164
1165#if defined ( __rrtmg )
1166                IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
1167
1168                   IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1169                      m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
1170                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
1171                                            surf_def_h(0)%rrtm_aldif(m,0) * rmask(j,i,sr)
1172                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
1173                                           surf_def_h(0)%rrtm_aldir(m,0) * rmask(j,i,sr)
1174                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
1175                                           surf_def_h(0)%rrtm_asdif(m,0) * rmask(j,i,sr)
1176                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
1177                                           surf_def_h(0)%rrtm_asdir(m,0) * rmask(j,i,sr)
1178                   ENDIF
1179                   IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1180                      m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
1181                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
1182                                            SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                            &
1183                                                 surf_lsm_h(0)%rrtm_aldif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1184                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
1185                                           SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1186                                                surf_lsm_h(0)%rrtm_aldir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1187                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
1188                                           SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1189                                                surf_lsm_h(0)%rrtm_asdif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1190                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
1191                                           SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1192                                                surf_lsm_h(0)%rrtm_asdir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1193                   ENDIF
1194                   IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1195                      m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
1196                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
1197                                            SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                            &
1198                                                 surf_usm_h(0)%rrtm_aldif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1199                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
1200                                           SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1201                                                surf_usm_h(0)%rrtm_aldir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1202                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
1203                                           SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1204                                                surf_usm_h(0)%rrtm_asdif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1205                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
1206                                           SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1207                                                surf_usm_h(0)%rrtm_asdir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1208                   ENDIF
1209
1210                ENDIF
1211#endif
1212             ENDIF
1213#endif
1214!
1215!--          Subgridscale fluxes at the top surface
1216             IF ( use_top_fluxes )  THEN
1217                m = surf_def_h(2)%start_index(j,i)
1218                !$ACC ATOMIC
1219                sums_l(nzt,12,tn) = sums_l(nzt,12,tn) +                                            &
1220                                    momentumflux_output_conversion(nzt) *                          &
1221                                    surf_def_h(2)%usws(m) * rmask(j,i,sr)    ! w"u"
1222                !$ACC ATOMIC
1223                sums_l(nzt+1,12,tn) = sums_l(nzt+1,12,tn) +                                        &
1224                                      momentumflux_output_conversion(nzt+1) *                      &
1225                                      surf_def_h(2)%usws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"u"
1226                !$ACC ATOMIC
1227                sums_l(nzt,14,tn) = sums_l(nzt,14,tn) +                                            &
1228                                    momentumflux_output_conversion(nzt) *                          &
1229                                    surf_def_h(2)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)    ! w"v"
1230                !$ACC ATOMIC
1231                sums_l(nzt+1,14,tn) = sums_l(nzt+1,14,tn) +                                        &
1232                                      momentumflux_output_conversion(nzt+1) *                      &
1233                                      surf_def_h(2)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"v"
1234                !$ACC ATOMIC
1235                sums_l(nzt,16,tn) = sums_l(nzt,16,tn) +                                            &
1236                                    heatflux_output_conversion(nzt) *                              &
1237                                    surf_def_h(2)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)    ! w"pt"
1238                !$ACC ATOMIC
1239                sums_l(nzt+1,16,tn) = sums_l(nzt+1,16,tn) +                                        &
1240                                      heatflux_output_conversion(nzt+1) *                          &
1241                                      surf_def_h(2)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)  ! w"pt"
1242#if 0
1243                sums_l(nzt:nzt+1,58,tn) = sums_l(nzt:nzt+1,58,tn) +                                &
1244                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)             ! u"pt"
1245                sums_l(nzt:nzt+1,61,tn) = sums_l(nzt:nzt+1,61,tn) +                                &
1246                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)             ! v"pt"
1247#endif
1248#ifndef _OPENACC
1249                IF ( ocean_mode )  THEN
1250                   sums_l(nzt,65,tn) = sums_l(nzt,65,tn) + &
1251                                       surf_def_h(2)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
1252                ENDIF
1253                IF ( humidity )  THEN
1254                   sums_l(nzt,48,tn) = sums_l(nzt,48,tn) +                                         &
1255                                       waterflux_output_conversion(nzt) *                          &
1256                                       surf_def_h(2)%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
1257                   sums_l(nzt,45,tn) = sums_l(nzt,45,tn) +   (                                     &
1258                                       ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzt,j,i) ) *                         &
1259                                       surf_def_h(2)%shf(m) +                                      &
1260                                       0.61_wp * pt(nzt,j,i) *                                     &
1261                                       surf_def_h(2)%qsws(m) )                                     &
1262                                       * heatflux_output_conversion(nzt)
1263                   IF ( cloud_droplets )  THEN
1264                      sums_l(nzt,45,tn) = sums_l(nzt,45,tn) +    (                                 &
1265                                          ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzt,j,i) -                        &
1266                                            ql(nzt,j,i) ) *                                        &
1267                                            surf_def_h(2)%shf(m) +                                 &
1268                                           0.61_wp * pt(nzt,j,i) *                                 &
1269                                           surf_def_h(2)%qsws(m) )                                 &
1270                                           * heatflux_output_conversion(nzt)
1271                   ENDIF
1272                   IF ( bulk_cloud_model )  THEN
1273!
1274!--                   Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
1275                      sums_l(nzt,51,tn) = sums_l(nzt,51,tn) +              &  ! w"q" (w"qv")
1276                                          waterflux_output_conversion(nzt) *                       &
1277                                          surf_def_h(2)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)
1278                   ENDIF
1279                ENDIF
1280                IF ( passive_scalar )  THEN
1281                   sums_l(nzt,117,tn) = sums_l(nzt,117,tn) +                                       &
1282                                        surf_def_h(2)%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
1283                ENDIF
1284#endif
1285             ENDIF
1286
1287!
1288!--          Resolved fluxes (can be computed for all horizontal points)
1289!--          NOTE: for simplicity, nzb_s_inner is used below, although strictly speaking the
1290!--          ----  following k-loop would have to be split up and rearranged according to the
1291!--                staggered grid.
1292             DO  k = nzb, nzt
1293                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
1294                ust = 0.5_wp * ( u(k,j,i)   - hom(k,1,1,sr) +                                      &
1295                                 u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) )
1296                vst = 0.5_wp * ( v(k,j,i)   - hom(k,1,2,sr) +                                      &
1297                                 v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) )
1298                pts = 0.5_wp * ( pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) +                                     &
1299                                 pt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,4,sr) )
1300!
1301!--             Higher moments
1302                !$ACC ATOMIC
1303                sums_l(k,35,tn) = sums_l(k,35,tn) + pts * w(k,j,i)**2 * rmask(j,i,sr) * flag
1304                !$ACC ATOMIC
1305                sums_l(k,36,tn) = sums_l(k,36,tn) + pts**2 * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1306
1307!
1308!--             Salinity flux and density (density does not belong to here, but so far there is no
1309!--             other suitable place to calculate)
1310#ifndef _OPENACC
1311                IF ( ocean_mode )  THEN
1312                   IF( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 )  THEN
1313                      pts = 0.5_wp * ( sa(k,j,i)   - hom(k,1,23,sr) +                              &
1314                                       sa(k+1,j,i) - hom(k+1,1,23,sr) )
1315                      sums_l(k,66,tn) = sums_l(k,66,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
1316                                        rmask(j,i,sr) * flag
1317                   ENDIF
1318                   sums_l(k,64,tn) = sums_l(k,64,tn) + rho_ocean(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1319                   sums_l(k,71,tn) = sums_l(k,71,tn) + prho(k,j,i)      * rmask(j,i,sr) * flag
1320                ENDIF
1321
1322!
1323!--             Buoyancy flux, water flux, humidity flux, liquid water content, rain drop
1324!--             concentration and rain water content
1325                IF ( humidity )  THEN
1326                   IF ( bulk_cloud_model  .OR.  cloud_droplets )  THEN
1327                      pts = 0.5_wp * ( vpt(k,j,i)   - hom(k,1,44,sr) +                             &
1328                                       vpt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,44,sr) )
1329                      sums_l(k,46,tn) = sums_l(k,46,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
1330                                                          rho_air_zw(k) *                          &
1331                                                          heatflux_output_conversion(k) *          &
1332                                                          rmask(j,i,sr) * flag
1333                      sums_l(k,54,tn) = sums_l(k,54,tn) + ql(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1334
1335                      IF ( .NOT. cloud_droplets )  THEN
1336                         pts = 0.5_wp *                                                            &
1337                               ( ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) -                                        &
1338                               hom(k,1,42,sr) +                                                    &
1339                               ( q(k+1,j,i) - ql(k+1,j,i) ) -                                      &
1340                               hom(k+1,1,42,sr) )
1341                         sums_l(k,52,tn) = sums_l(k,52,tn) + pts * w(k,j,i) *                      &
1342                                             rho_air_zw(k) *                                       &
1343                                             waterflux_output_conversion(k) *                      &
1344                                             rmask(j,i,sr) * flag
1345                         sums_l(k,75,tn) = sums_l(k,75,tn) + qc(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
1346                         sums_l(k,76,tn) = sums_l(k,76,tn) + prr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1347                         IF ( microphysics_morrison )  THEN
1348                            sums_l(k,123,tn) = sums_l(k,123,tn) + nc(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1349                         ENDIF
1350                         IF ( microphysics_ice_phase )  THEN
1351                            sums_l(k,124,tn) = sums_l(k,124,tn) + ni(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1352                            sums_l(k,125,tn) = sums_l(k,125,tn) + qi(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1353                         ENDIF
1354
1355                         IF ( microphysics_seifert )  THEN
1356                            sums_l(k,73,tn) = sums_l(k,73,tn) + nr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1357                            sums_l(k,74,tn) = sums_l(k,74,tn) + qr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1358                         ENDIF
1359                      ENDIF
1360
1361                   ELSE
1362                      IF( .NOT. ws_scheme_sca  .OR.  sr /= 0 )  THEN
1363                         pts = 0.5_wp * ( vpt(k,j,i)   - hom(k,1,44,sr) +                          &
1364                                          vpt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,44,sr) )
1365                         sums_l(k,46,tn) = sums_l(k,46,tn) + pts * w(k,j,i) *                      &
1366                                                             rho_air_zw(k)  *                      &
1367                                                             heatflux_output_conversion(k) *       &
1368                                                             rmask(j,i,sr)  * flag
1369                      ELSE IF ( ws_scheme_sca  .AND.  sr == 0 )  THEN
1370                         sums_l(k,46,tn) = ( ( 1.0_wp + 0.61_wp *                                  &
1371                                               hom(k,1,41,sr) ) *                                  &
1372                                             sums_l(k,17,tn) +                                     &
1373                                             0.61_wp * hom(k,1,4,sr) *                             &
1374                                             sums_l(k,49,tn)                                       &
1375                                           ) * heatflux_output_conversion(k) * flag
1376                      END IF
1377                   END IF
1378                ENDIF
1379!
1380!--             Passive scalar flux
1381                IF ( passive_scalar  .AND.  ( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 ) )  THEN
1382                   pts = 0.5_wp * ( s(k,j,i)   - hom(k,1,115,sr) +                                 &
1383                                    s(k+1,j,i) - hom(k+1,1,115,sr) )
1384                   sums_l(k,114,tn) = sums_l(k,114,tn) + pts * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1385                ENDIF
1386#endif
1387
1388!
1389!--             Energy flux w*e*
1390!--             has to be adjusted
1391                !$ACC ATOMIC
1392                sums_l(k,37,tn) = sums_l(k,37,tn) + w(k,j,i) * 0.5_wp *                            &
1393                                                    ( ust**2 + vst**2 + w(k,j,i)**2 )              &
1394                                                    * rho_air_zw(k)                                &
1395                                                    * momentumflux_output_conversion(k)            &
1396                                                    * rmask(j,i,sr) * flag
1397             ENDDO
1398          ENDDO
1399       ENDDO
1400       !$OMP END PARALLEL
1401
1402       !$ACC UPDATE &
1403       !$ACC HOST(sums_l(:,12,tn), sums_l(:,14,tn), sums_l(:,16,tn)) &
1404       !$ACC HOST(sums_l(:,35,tn), sums_l(:,36,tn), sums_l(:,37,tn))
1405!
1406!--    Treat land-surface quantities according to new wall model structure.
1407       IF ( land_surface )  THEN
1408          tn = 0
1409          !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, m, tn )
1410          !$ tn = omp_get_thread_num()
1411          !$OMP DO
1412          DO  m = 1, surf_lsm_h(0)%ns
1413             i = surf_lsm_h(0)%i(m)
1414             j = surf_lsm_h(0)%j(m)
1415
1416             IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.  j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
1417                sums_l(nzb,93,tn)  = sums_l(nzb,93,tn) + surf_lsm_h(0)%ghf(m)       * rmask(j,i,sr)
1418                sums_l(nzb,94,tn)  = sums_l(nzb,94,tn) + surf_lsm_h(0)%qsws_liq(m)  * rmask(j,i,sr)
1419                sums_l(nzb,95,tn)  = sums_l(nzb,95,tn) + surf_lsm_h(0)%qsws_soil(m) * rmask(j,i,sr)
1420                sums_l(nzb,96,tn)  = sums_l(nzb,96,tn) + surf_lsm_h(0)%qsws_veg(m)  * rmask(j,i,sr)
1421                sums_l(nzb,97,tn)  = sums_l(nzb,97,tn) + surf_lsm_h(0)%r_a(m)       * rmask(j,i,sr)
1422                sums_l(nzb,98,tn)  = sums_l(nzb,98,tn) + surf_lsm_h(0)%r_s(m)       * rmask(j,i,sr)
1423             ENDIF
1424          ENDDO
1425          !$OMP END PARALLEL
1426
1427          tn = 0
1428          !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, m, tn )
1429          !$ tn = omp_get_thread_num()
1430          !$OMP DO
1431          DO  m = 1, surf_lsm_h(0)%ns
1432
1433             i = surf_lsm_h(0)%i(m)
1434             j = surf_lsm_h(0)%j(m)
1435
1436             IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.  j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
1437
1438                DO  k = nzb_soil, nzt_soil
1439                   sums_l(k,89,tn)  = sums_l(k,89,tn)  + t_soil_h(0)%var_2d(k,m) * rmask(j,i,sr)
1440                   sums_l(k,91,tn)  = sums_l(k,91,tn)  + m_soil_h(0)%var_2d(k,m) * rmask(j,i,sr)
1441                ENDDO
1442             ENDIF
1443          ENDDO
1444          !$OMP END PARALLEL
1445       ENDIF
1446!
1447!--    For speed optimization fluxes which have been computed in part directly inside the WS
1448!--    advection routines are treated seperatly.
1449!--    Momentum fluxes first:
1450
1451       tn = 0
1452       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn, flag )
1453       !$ tn = omp_get_thread_num()
1454       IF ( .NOT. ws_scheme_mom .OR. sr /= 0  )  THEN
1455          !$OMP DO
1456          DO  i = nxl, nxr
1457             DO  j = nys, nyn
1458                DO  k = nzb, nzt
1459!
1460!--                Flag 23 is used to mask surface fluxes as well as model-top fluxes, which are
1461!--                added further below.
1462                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *        &
1463                          MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
1464
1465                   ust = 0.5_wp * ( u(k,j,i)   - hom(k,1,1,sr) +                                   &
1466                                    u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) )
1467                   vst = 0.5_wp * ( v(k,j,i)   - hom(k,1,2,sr) +                                   &
1468                                    v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) )
1469!
1470!--                Momentum flux w*u*
1471                   sums_l(k,13,tn) = sums_l(k,13,tn) + 0.5_wp *                                    &
1472                                                     ( w(k,j,i-1) + w(k,j,i) )                     &
1473                                                     * rho_air_zw(k)                               &
1474                                                     * momentumflux_output_conversion(k)           &
1475                                                     * ust * rmask(j,i,sr)                         &
1476                                                           * flag
1477!
1478!--                Momentum flux w*v*
1479                   sums_l(k,15,tn) = sums_l(k,15,tn) + 0.5_wp * ( w(k,j-1,i) + w(k,j,i) )          &
1480                                                     * rho_air_zw(k)                               &
1481                                                     * momentumflux_output_conversion(k)           &
1482                                                     * vst * rmask(j,i,sr)                         &
1483                                                           * flag
1484                ENDDO
1485             ENDDO
1486          ENDDO
1487
1488       ENDIF
1489       IF ( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 )  THEN
1490          !$OMP DO
1491          DO  i = nxl, nxr
1492             DO  j = nys, nyn
1493                DO  k = nzb, nzt
1494                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *        &
1495                          MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
1496!
1497!--                Vertical heat flux
1498                   sums_l(k,17,tn) = sums_l(k,17,tn) + 0.5_wp *                                    &
1499                                     ( pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) +                               &
1500                                       pt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,4,sr) )                             &
1501                                     * rho_air_zw(k)                                               &
1502                                     * heatflux_output_conversion(k)                               &
1503                                     * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1504                   IF ( humidity )  THEN
1505                      pts = 0.5_wp * ( q(k,j,i)   - hom(k,1,41,sr) +                               &
1506                                       q(k+1,j,i) - hom(k+1,1,41,sr) )
1507                      sums_l(k,49,tn) = sums_l(k,49,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
1508                                                          rho_air_zw(k)  *                         &
1509                                                          waterflux_output_conversion(k) *         &
1510                                                          rmask(j,i,sr)  * flag
1511                   ENDIF
1512                   IF ( passive_scalar )  THEN
1513                      pts = 0.5_wp * ( s(k,j,i)   - hom(k,1,115,sr) +                              &
1514                                       s(k+1,j,i) - hom(k+1,1,115,sr) )
1515                      sums_l(k,114,tn) = sums_l(k,114,tn) + pts * w(k,j,i) *  rmask(j,i,sr) * flag
1516                   ENDIF
1517                ENDDO
1518             ENDDO
1519          ENDDO
1520
1521       ENDIF
1522
1523!
1524!--    Density at top follows Neumann condition
1525       IF ( ocean_mode )  THEN
1526          sums_l(nzt+1,64,tn) = sums_l(nzt,64,tn)
1527          sums_l(nzt+1,71,tn) = sums_l(nzt,71,tn)
1528       ENDIF
1529
1530!
1531!--    Divergence of vertical flux of resolved scale energy and pressure fluctuations as well as
1532!--    flux of pressure fluctuation itself (68).
1533!--    First calculate the products, then the divergence.
1534!--    Calculation is time consuming. Do it only, if profiles shall be plotted.
1535       IF ( hom(nzb+1,2,55,0) /= 0.0_wp  .OR.  hom(nzb+1,2,68,0) /= 0.0_wp )  THEN
1536          sums_ll = 0.0_wp  ! local array
1537
1538          !$OMP DO
1539          DO  i = nxl, nxr
1540             DO  j = nys, nyn
1541                DO  k = nzb+1, nzt
1542                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
1543
1544                   sums_ll(k,1) = sums_ll(k,1) + 0.5_wp * w(k,j,i) * (                             &
1545                                    ( 0.25_wp * ( u(k,j,i)+u(k+1,j,i)+u(k,j,i+1)+u(k+1,j,i+1) )    &
1546                                              - 0.5_wp * ( hom(k,1,1,sr) + hom(k+1,1,1,sr) ) )**2  &
1547                                  + ( 0.25_wp * ( v(k,j,i)+v(k+1,j,i)+v(k,j+1,i)+v(k+1,j+1,i) )    &
1548                                              - 0.5_wp * ( hom(k,1,2,sr) + hom(k+1,1,2,sr) ) )**2  &
1549                                  + w(k,j,i)**2                      ) * flag * rmask(j,i,sr)
1550
1551                   sums_ll(k,2) = sums_ll(k,2) + 0.5_wp * w(k,j,i)                                 &
1552                                       * ( ( p(k,j,i) + p(k+1,j,i) )                               &
1553                                         / momentumflux_output_conversion(k) )                     &
1554                                       * flag * rmask(j,i,sr)
1555
1556                ENDDO
1557             ENDDO
1558          ENDDO
1559          sums_ll(0,1)     = 0.0_wp    ! because w is zero at the bottom
1560          sums_ll(nzt+1,1) = 0.0_wp
1561          sums_ll(0,2)     = 0.0_wp
1562          sums_ll(nzt+1,2) = 0.0_wp
1563
1564          DO  k = nzb+1, nzt
1565             sums_l(k,55,tn) = ( sums_ll(k,1) - sums_ll(k-1,1) ) * ddzw(k)
1566             sums_l(k,56,tn) = ( sums_ll(k,2) - sums_ll(k-1,2) ) * ddzw(k)
1567             sums_l(k,68,tn) = sums_ll(k,2)
1568          ENDDO
1569          sums_l(nzb,55,tn) = sums_l(nzb+1,55,tn)
1570          sums_l(nzb,56,tn) = sums_l(nzb+1,56,tn)
1571          sums_l(nzb,68,tn) = 0.0_wp    ! because w* = 0 at nzb
1572
1573       ENDIF
1574
1575!
1576!--    Divergence of vertical flux of SGS TKE and the flux itself (69)
1577       IF ( hom(nzb+1,2,57,0) /= 0.0_wp  .OR.  hom(nzb+1,2,69,0) /= 0.0_wp )  THEN
1578          !$OMP DO
1579          DO  i = nxl, nxr
1580             DO  j = nys, nyn
1581                DO  k = nzb+1, nzt
1582
1583                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
1584
1585                   sums_l(k,57,tn) = sums_l(k,57,tn) - 0.5_wp * (                                  &
1586                                       (km(k,j,i)+km(k+1,j,i)) * (e(k+1,j,i)-e(k,j,i)) * ddzu(k+1) &
1587                                     - (km(k-1,j,i)+km(k,j,i)) * (e(k,j,i)-e(k-1,j,i)) * ddzu(k)   &
1588                                                                ) * ddzw(k)                        &
1589                                                                  * flag * rmask(j,i,sr)
1590
1591                   sums_l(k,69,tn) = sums_l(k,69,tn) - 0.5_wp * (                                  &
1592                                        ( km(k,j,i) + km(k+1,j,i) ) *                              &
1593                                        ( e(k+1,j,i) - e(k,j,i) ) * ddzu(k+1)                      &
1594                                                                ) * flag * rmask(j,i,sr)
1595
1596                ENDDO
1597             ENDDO
1598          ENDDO
1599          sums_l(nzb,57,tn) = sums_l(nzb+1,57,tn)
1600          sums_l(nzb,69,tn) = sums_l(nzb+1,69,tn)
1601
1602       ENDIF
1603
1604!
1605!--    Horizontal heat fluxes (subgrid, resolved, total).
1606!--    Do it only, if profiles shall be plotted.
1607       IF ( hom(nzb+1,2,58,0) /= 0.0_wp ) THEN
1608
1609          !$OMP DO
1610          DO  i = nxl, nxr
1611             DO  j = nys, nyn
1612                DO  k = nzb+1, nzt
1613                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
1614!
1615!--                Subgrid horizontal heat fluxes u"pt", v"pt"
1616                   sums_l(k,58,tn) = sums_l(k,58,tn) - 0.5_wp *                                    &
1617                                                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i-1) )                &
1618                                                      * ( pt(k,j,i-1) - pt(k,j,i) )                &
1619                                                      * rho_air_zw(k)                              &
1620                                                      * heatflux_output_conversion(k)              &
1621                                                      * ddx * rmask(j,i,sr) * flag
1622                   sums_l(k,61,tn) = sums_l(k,61,tn) - 0.5_wp *                                    &
1623                                                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j-1,i) )                &
1624                                                      * ( pt(k,j-1,i) - pt(k,j,i) )                &
1625                                                      * rho_air_zw(k)                              &
1626                                                      * heatflux_output_conversion(k)              &
1627                                                      * ddy * rmask(j,i,sr) * flag
1628!
1629!--                Resolved horizontal heat fluxes u*pt*, v*pt*
1630                   sums_l(k,59,tn) = sums_l(k,59,tn) +              ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )   &
1631                                                      * 0.5_wp * ( pt(k,j,i-1) - hom(k,1,4,sr) +   &
1632                                                                   pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )   &
1633                                                                 * heatflux_output_conversion(k)   &
1634                                                                 * flag
1635                   pts = 0.5_wp * ( pt(k,j-1,i) - hom(k,1,4,sr) +                                  &
1636                                    pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )
1637                   sums_l(k,62,tn) = sums_l(k,62,tn) +              ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )   &
1638                                                      * 0.5_wp * ( pt(k,j-1,i) - hom(k,1,4,sr) +   &
1639                                                                   pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )   &
1640                                                                 * heatflux_output_conversion(k)   &
1641                                                                 * flag
1642                ENDDO
1643             ENDDO
1644          ENDDO
1645!
1646!--       Fluxes at the surface must be zero (e.g. due to the Prandtl-layer)
1647          sums_l(nzb,58,tn) = 0.0_wp
1648          sums_l(nzb,59,tn) = 0.0_wp
1649          sums_l(nzb,60,tn) = 0.0_wp
1650          sums_l(nzb,61,tn) = 0.0_wp
1651          sums_l(nzb,62,tn) = 0.0_wp
1652          sums_l(nzb,63,tn) = 0.0_wp
1653
1654       ENDIF
1655       !$OMP END PARALLEL
1656
1657!
1658!--    Collect current large scale advection and subsidence tendencies for
1659!--    data output
1660       IF ( large_scale_forcing  .AND.  ( simulated_time > 0.0_wp ) )  THEN
1661!
1662!--       Interpolation in time of LSF_DATA
1663          nt = 1
1664          DO WHILE ( simulated_time - dt_3d > time_vert(nt) )
1665             nt = nt + 1
1666          ENDDO
1667          IF ( simulated_time - dt_3d /= time_vert(nt) )  THEN
1668            nt = nt - 1
1669          ENDIF
1670
1671          fac = ( simulated_time - dt_3d - time_vert(nt) ) / ( time_vert(nt+1)-time_vert(nt) )
1672
1673
1674          DO  k = nzb, nzt
1675             sums_ls_l(k,0) = td_lsa_lpt(k,nt) + fac * ( td_lsa_lpt(k,nt+1) - td_lsa_lpt(k,nt) )
1676             sums_ls_l(k,1) = td_lsa_q(k,nt)   + fac * ( td_lsa_q(k,nt+1)   - td_lsa_q(k,nt) )
1677          ENDDO
1678
1679          sums_ls_l(nzt+1,0) = sums_ls_l(nzt,0)
1680          sums_ls_l(nzt+1,1) = sums_ls_l(nzt,1)
1681
1682          IF ( large_scale_subsidence  .AND.  use_subsidence_tendencies )  THEN
1683
1684             DO  k = nzb, nzt
1685                sums_ls_l(k,2) = td_sub_lpt(k,nt) + fac * ( td_sub_lpt(k,nt+1) - td_sub_lpt(k,nt) )
1686                sums_ls_l(k,3) = td_sub_q(k,nt)   + fac * ( td_sub_q(k,nt+1)   - td_sub_q(k,nt) )
1687             ENDDO
1688
1689             sums_ls_l(nzt+1,2) = sums_ls_l(nzt,2)
1690             sums_ls_l(nzt+1,3) = sums_ls_l(nzt,3)
1691
1692          ENDIF
1693
1694       ENDIF
1695
1696       tn = 0
1697       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn )
1698       !$ tn = omp_get_thread_num()
1699       IF ( radiation  .AND.  radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
1700          !$OMP DO
1701          DO  i = nxl, nxr
1702             DO  j =  nys, nyn
1703                DO  k = nzb+1, nzt+1
1704                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
1705
1706                   sums_l(k,100,tn)  = sums_l(k,100,tn) + rad_lw_in(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1707                   sums_l(k,101,tn)  = sums_l(k,101,tn) + rad_lw_out(k,j,i)   * rmask(j,i,sr) * flag
1708                   sums_l(k,102,tn)  = sums_l(k,102,tn) + rad_sw_in(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1709                   sums_l(k,103,tn)  = sums_l(k,103,tn) + rad_sw_out(k,j,i)   * rmask(j,i,sr) * flag
1710                   sums_l(k,104,tn)  = sums_l(k,104,tn) + rad_lw_cs_hr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1711                   sums_l(k,105,tn)  = sums_l(k,105,tn) + rad_lw_hr(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1712                   sums_l(k,106,tn)  = sums_l(k,106,tn) + rad_sw_cs_hr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1713                   sums_l(k,107,tn)  = sums_l(k,107,tn) + rad_sw_hr(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1714                ENDDO
1715             ENDDO
1716          ENDDO
1717       ENDIF
1718
1719!
1720!--    Calculate the profiles for all other modules
1721       CALL module_interface_statistics( 'profiles', sr, tn, dots_max )
1722       !$OMP END PARALLEL
1723
1724!
1725!--    Summation of thread sums
1726       IF ( threads_per_task > 1 )  THEN
1727          DO  i = 1, threads_per_task-1
1728             sums_l(:,3,0)          = sums_l(:,3,0) + sums_l(:,3,i)
1729             sums_l(:,4:40,0)       = sums_l(:,4:40,0) + sums_l(:,4:40,i)
1730             sums_l(:,45:pr_palm,0) = sums_l(:,45:pr_palm,0) + &
1731                                      sums_l(:,45:pr_palm,i)
1732             IF ( max_pr_user > 0 )  THEN
1733                sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,0) =                                        &
1734                                                       sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,0) + &
1735                                                       sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,i)
1736             ENDIF
1737
1738             IF ( air_chemistry )  THEN
1739                IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
1740                     sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+ max_pr_cs,0) =          &
1741                               sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs,0) + &
1742                               sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs,i)
1743
1744                ENDIF
1745             ENDIF
1746             IF ( salsa )  THEN
1747                IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
1748                   sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,0) =    &
1749                      sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,0) + &
1750                      sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,i)
1751
1752                ENDIF
1753             ENDIF
1754          ENDDO
1755       ENDIF
1756
1757#if defined( __parallel )
1758
1759!
1760!--    Compute total sum from local sums
1761       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1762       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,1,0), sums(nzb,1), ngp_sums, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1763       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1764          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_ls_l(nzb,2), sums(nzb,83), ngp_sums_ls, MPI_REAL, MPI_SUM,      &
1765                              comm2d, ierr )
1766       ENDIF
1767
1768       IF ( air_chemistry  .AND.  max_pr_cs > 0 )  THEN
1769          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1770          DO  i = 1, max_pr_cs
1771             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,pr_palm+max_pr_user+i,0),                              &
1772                                 sums(nzb,pr_palm+max_pr_user+i),                                  &
1773                                 nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1774          ENDDO
1775       ENDIF
1776
1777       IF ( salsa  .AND.  max_pr_salsa > 0 )  THEN
1778          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1779          DO  i = 1, max_pr_salsa
1780             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+i,0),                    &
1781                                 sums(nzb,pr_palm+max_pr_user+max_pr_user+i),                      &
1782                                 nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1783          ENDDO
1784       ENDIF
1785
1786#else
1787       sums = sums_l(:,:,0)
1788       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1789          sums(:,81:88) = sums_ls_l
1790       ENDIF
1791#endif
1792
1793!
1794!--    Final values are obtained by division by the total number of grid points used for summation.
1795!--    After that store profiles.
1796!--    Check, if statistical regions do contain at least one grid point at the respective k-level,
1797!--    otherwise division by zero will lead to undefined values, which may cause e.g. problems with
1798!--    NetCDF output.
1799!--    Profiles:
1800       DO  k = nzb, nzt+1
1801          sums(k,3)             = sums(k,3)             / ngp_2dh(sr)
1802          sums(k,12:22)         = sums(k,12:22)         / ngp_2dh(sr)
1803          sums(k,30:32)         = sums(k,30:32)         / ngp_2dh(sr)
1804          sums(k,35:39)         = sums(k,35:39)         / ngp_2dh(sr)
1805          sums(k,45:53)         = sums(k,45:53)         / ngp_2dh(sr)
1806          sums(k,55:63)         = sums(k,55:63)         / ngp_2dh(sr)
1807          sums(k,81:88)         = sums(k,81:88)         / ngp_2dh(sr)
1808          sums(k,89:112)        = sums(k,89:112)        / ngp_2dh(sr)
1809          sums(k,114)           = sums(k,114)           / ngp_2dh(sr)
1810          sums(k,117)           = sums(k,117)           / ngp_2dh(sr)
1811          IF ( ngp_2dh_s_inner(k,sr) /= 0 )  THEN
1812             sums(k,8:11)          = sums(k,8:11)          / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1813             sums(k,23:29)         = sums(k,23:29)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1814             sums(k,33:34)         = sums(k,33:34)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1815             sums(k,40)            = sums(k,40)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1816             sums(k,54)            = sums(k,54)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1817             sums(k,64)            = sums(k,64)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1818             sums(k,70:80)         = sums(k,70:80)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1819             sums(k,116)           = sums(k,116)           / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1820             sums(k,118:pr_palm-2) = sums(k,118:pr_palm-2) / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1821             sums(k,123:125)       = sums(k,123:125) * ngp_2dh_s_inner(k,sr)  / ngp_2dh(sr)
1822          ENDIF
1823       ENDDO
1824
1825!--    u* and so on
1826!--    As sums(nzb:nzb+3,pr_palm) are full 2D arrays (us, usws, vsws, ts) whose size is always
1827!--    ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), defined at the first grid layer above the topography, they are
1828!--    divided by ngp_2dh(sr)
1829       sums(nzb:nzb+3,pr_palm)    = sums(nzb:nzb+3,pr_palm)  /  ngp_2dh(sr)
1830       sums(nzb+12,pr_palm)       = sums(nzb+12,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! qs
1831       sums(nzb+13,pr_palm)       = sums(nzb+13,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! ss
1832       sums(nzb+14,pr_palm)       = sums(nzb+14,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! surface temperature
1833
1834!--    eges, e*
1835       sums(nzb+4:nzb+5,pr_palm)  = sums(nzb+4:nzb+5,pr_palm)  /  ngp_3d(sr)
1836!--    Old and new divergence
1837       sums(nzb+9:nzb+10,pr_palm) = sums(nzb+9:nzb+10,pr_palm) /  ngp_3d_inner(sr)
1838
1839!--    User-defined profiles
1840       IF ( max_pr_user > 0 )  THEN
1841          DO  k = nzb, nzt+1
1842             sums(k,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user) =  sums(k,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user) /      &
1843                                                      ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1844          ENDDO
1845       ENDIF
1846
1847       IF ( air_chemistry )  THEN
1848          IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
1849             DO k = nzb, nzt+1
1850                sums(k, pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs) =                                 &
1851                                                sums(k, pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs) / &
1852                                                ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1853             ENDDO
1854          ENDIF
1855       ENDIF
1856
1857       IF ( salsa )  THEN
1858          IF ( max_pr_salsa > 0 )  THEN
1859             DO k = nzb, nzt+1
1860                sums(k,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa) = &
1861                  sums(k,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa) &
1862                  / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1863             ENDDO
1864          ENDIF
1865       ENDIF
1866
1867!
1868!--    Collect horizontal average in hom.
1869!--    Compute deduced averages (e.g. total heat flux)
1870       hom(:,1,3,sr)  = sums(:,3)      ! w
1871       hom(:,1,8,sr)  = sums(:,8)      ! e     profiles 5-7 are initial profiles
1872       hom(:,1,9,sr)  = sums(:,9)      ! km
1873       hom(:,1,10,sr) = sums(:,10)     ! kh
1874       hom(:,1,11,sr) = sums(:,11)     ! l
1875       hom(:,1,12,sr) = sums(:,12)     ! w"u"
1876       hom(:,1,13,sr) = sums(:,13)     ! w*u*
1877       hom(:,1,14,sr) = sums(:,14)     ! w"v"
1878       hom(:,1,15,sr) = sums(:,15)     ! w*v*
1879       hom(:,1,16,sr) = sums(:,16)     ! w"pt"
1880       hom(:,1,17,sr) = sums(:,17)     ! w*pt*
1881       hom(:,1,18,sr) = sums(:,16) + sums(:,17)    ! wpt
1882       hom(:,1,19,sr) = sums(:,12) + sums(:,13)    ! wu
1883       hom(:,1,20,sr) = sums(:,14) + sums(:,15)    ! wv
1884       hom(:,1,21,sr) = sums(:,21)     ! w*pt*BC
1885       hom(:,1,22,sr) = sums(:,16) + sums(:,21)    ! wptBC
1886                                       ! profile 24 is initial profile (sa)
1887                                       ! profiles 25-29 left empty for initial
1888                                       ! profiles
1889       hom(:,1,30,sr) = sums(:,30)     ! u*2
1890       hom(:,1,31,sr) = sums(:,31)     ! v*2
1891       hom(:,1,32,sr) = sums(:,32)     ! w*2
1892       hom(:,1,33,sr) = sums(:,33)     ! pt*2
1893       hom(:,1,34,sr) = sums(:,34)     ! e*
1894       hom(:,1,35,sr) = sums(:,35)     ! w*2pt*
1895       hom(:,1,36,sr) = sums(:,36)     ! w*pt*2
1896       hom(:,1,37,sr) = sums(:,37)     ! w*e*
1897       hom(:,1,38,sr) = sums(:,38)     ! w*3
1898       hom(:,1,39,sr) = sums(:,38) / ( ABS( sums(:,32) ) + 1E-20_wp )**1.5_wp   ! Sw
1899       hom(:,1,40,sr) = sums(:,40)     ! p
1900       hom(:,1,45,sr) = sums(:,45)     ! w"vpt"
1901       hom(:,1,46,sr) = sums(:,46)     ! w*vpt*
1902       hom(:,1,47,sr) = sums(:,45) + sums(:,46)    ! wvpt
1903       hom(:,1,48,sr) = sums(:,48)     ! w"q" (w"qv")
1904       hom(:,1,49,sr) = sums(:,49)     ! w*q* (w*qv*)
1905       hom(:,1,50,sr) = sums(:,48) + sums(:,49)    ! wq (wqv)
1906       hom(:,1,51,sr) = sums(:,51)     ! w"qv"
1907       hom(:,1,52,sr) = sums(:,52)     ! w*qv*
1908       hom(:,1,53,sr) = sums(:,52) + sums(:,51)    ! wq (wqv)
1909       hom(:,1,54,sr) = sums(:,54)     ! ql
1910       hom(:,1,55,sr) = sums(:,55)     ! w*u*u*/dz
1911       hom(:,1,56,sr) = sums(:,56)     ! w*p*/dz
1912       hom(:,1,57,sr) = sums(:,57)     ! ( w"e + w"p"/rho_ocean )/dz
1913       hom(:,1,58,sr) = sums(:,58)     ! u"pt"
1914       hom(:,1,59,sr) = sums(:,59)     ! u*pt*
1915       hom(:,1,60,sr) = sums(:,58) + sums(:,59)    ! upt_t
1916       hom(:,1,61,sr) = sums(:,61)     ! v"pt"
1917       hom(:,1,62,sr) = sums(:,62)     ! v*pt*
1918       hom(:,1,63,sr) = sums(:,61) + sums(:,62)    ! vpt_t
1919       hom(:,1,64,sr) = sums(:,64)     ! rho_ocean
1920       hom(:,1,65,sr) = sums(:,65)     ! w"sa"
1921       hom(:,1,66,sr) = sums(:,66)     ! w*sa*
1922       hom(:,1,67,sr) = sums(:,65) + sums(:,66)    ! wsa
1923       hom(:,1,68,sr) = sums(:,68)     ! w*p*
1924       hom(:,1,69,sr) = sums(:,69)     ! w"e + w"p"/rho_ocean
1925       hom(:,1,70,sr) = sums(:,70)     ! q*2
1926       hom(:,1,71,sr) = sums(:,71)     ! prho
1927       hom(:,1,72,sr) = hyp * 1E-2_wp  ! hyp in hPa
1928       hom(:,1,123,sr) = sums(:,123)   ! nc
1929       hom(:,1,124,sr) = sums(:,124)   ! ni
1930       hom(:,1,125,sr) = sums(:,125)   ! qi
1931       hom(:,1,73,sr) = sums(:,73)     ! nr
1932       hom(:,1,74,sr) = sums(:,74)     ! qr
1933       hom(:,1,75,sr) = sums(:,75)     ! qc
1934       hom(:,1,76,sr) = sums(:,76)     ! prr (precipitation rate)
1935                                       ! 77 is initial density profile
1936       hom(:,1,78,sr) = ug             ! ug
1937       hom(:,1,79,sr) = vg             ! vg
1938       hom(:,1,80,sr) = w_subs         ! w_subs
1939
1940       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1941          hom(:,1,81,sr) = sums_ls_l(:,0)          ! td_lsa_lpt
1942          hom(:,1,82,sr) = sums_ls_l(:,1)          ! td_lsa_q
1943          IF ( use_subsidence_tendencies )  THEN
1944             hom(:,1,83,sr) = sums_ls_l(:,2)       ! td_sub_lpt
1945             hom(:,1,84,sr) = sums_ls_l(:,3)       ! td_sub_q
1946          ELSE
1947             hom(:,1,83,sr) = sums(:,83)           ! td_sub_lpt
1948             hom(:,1,84,sr) = sums(:,84)           ! td_sub_q
1949          ENDIF
1950          hom(:,1,85,sr) = sums(:,85)              ! td_nud_lpt
1951          hom(:,1,86,sr) = sums(:,86)              ! td_nud_q
1952          hom(:,1,87,sr) = sums(:,87)              ! td_nud_u
1953          hom(:,1,88,sr) = sums(:,88)              ! td_nud_v
1954       ENDIF
1955
1956       IF ( land_surface )  THEN
1957          hom(:,1,89,sr) = sums(:,89)              ! t_soil
1958                                                   ! 90 is initial t_soil profile
1959          hom(:,1,91,sr) = sums(:,91)              ! m_soil
1960                                                   ! 92 is initial m_soil profile
1961          hom(:,1,93,sr)  = sums(:,93)             ! ghf
1962          hom(:,1,94,sr)  = sums(:,94)             ! qsws_liq
1963          hom(:,1,95,sr)  = sums(:,95)             ! qsws_soil
1964          hom(:,1,96,sr)  = sums(:,96)             ! qsws_veg
1965          hom(:,1,97,sr)  = sums(:,97)             ! r_a
1966          hom(:,1,98,sr)  = sums(:,98)             ! r_s
1967
1968       ENDIF
1969
1970       IF ( radiation )  THEN
1971          hom(:,1,99,sr) = sums(:,99)            ! rad_net
1972          hom(:,1,100,sr) = sums(:,100)            ! rad_lw_in
1973          hom(:,1,101,sr) = sums(:,101)            ! rad_lw_out
1974          hom(:,1,102,sr) = sums(:,102)            ! rad_sw_in
1975          hom(:,1,103,sr) = sums(:,103)            ! rad_sw_out
1976
1977          IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
1978             hom(:,1,104,sr) = sums(:,104)            ! rad_lw_cs_hr
1979             hom(:,1,105,sr) = sums(:,105)            ! rad_lw_hr
1980             hom(:,1,106,sr) = sums(:,106)            ! rad_sw_cs_hr
1981             hom(:,1,107,sr) = sums(:,107)            ! rad_sw_hr
1982
1983             hom(:,1,108,sr) = sums(:,108)            ! rrtm_aldif
1984             hom(:,1,109,sr) = sums(:,109)            ! rrtm_aldir
1985             hom(:,1,110,sr) = sums(:,110)            ! rrtm_asdif
1986             hom(:,1,111,sr) = sums(:,111)            ! rrtm_asdir
1987          ENDIF
1988       ENDIF
1989
1990       hom(:,1,112,sr) = sums(:,112)            !: L
1991
1992       IF ( passive_scalar )  THEN
1993          hom(:,1,117,sr) = sums(:,117)     ! w"s"
1994          hom(:,1,114,sr) = sums(:,114)     ! w*s*
1995          hom(:,1,118,sr) = sums(:,117) + sums(:,114)    ! ws
1996          hom(:,1,116,sr) = sums(:,116)     ! s*2
1997       ENDIF
1998
1999       hom(:,1,119,sr) = rho_air       ! rho_air in Kg/m^3
2000       hom(:,1,120,sr) = rho_air_zw    ! rho_air_zw in Kg/m^3
2001
2002       IF ( kolmogorov_length_scale )  THEN
2003          hom(:,1,121,sr) = sums(:,121) * 1E3_wp  ! eta in mm
2004       ENDIF
2005
2006
2007       hom(:,1,pr_palm,sr) =   sums(:,pr_palm)
2008                                       ! u*, w'u', w'v', t* (in last profile)
2009
2010       IF ( max_pr_user > 0 )  THEN    ! user-defined profiles
2011          hom(:,1,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,sr) = &
2012                               sums(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user)
2013       ENDIF
2014
2015       IF ( air_chemistry )  THEN
2016          IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN    ! chem_spcs profiles
2017             hom(:, 1, pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs, sr) = &
2018                               sums(:, pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs)
2019          ENDIF
2020       ENDIF
2021
2022       IF ( salsa )  THEN
2023          IF ( max_pr_salsa > 0 )  THEN    ! salsa profiles
2024             hom(:,1,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa, sr) = &
2025                  sums(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa)
2026          ENDIF
2027       ENDIF
2028!
2029!--    Determine the boundary layer height using two different schemes.
2030!--    First scheme: Starting from the Earth's (Ocean's) surface, look for the first relative
2031!--    minimum (maximum) of the total heat flux.
2032!--    The corresponding height is assumed as the boundary layer height, if it is less than 1.5
2033!--    times the height where the heat flux becomes negative (positive) for the first time.
2034!--    Attention: the resolved vertical sensible heat flux (hom(:,1,17,sr) = w*pt*) is not known at
2035!--    the beginning because the calculation happens in advec_s_ws which is called after
2036!--    flow_statistics. Therefore z_i is directly taken from restart data at the beginning of
2037!--    restart runs.
2038       IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .OR.                              &
2039            simulated_time_at_begin /= simulated_time ) THEN
2040
2041          z_i(1) = 0.0_wp
2042          first = .TRUE.
2043
2044          IF ( ocean_mode )  THEN
2045             DO  k = nzt, nzb+1, -1
2046                IF ( first  .AND.  hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp )  THEN
2047                   first = .FALSE.
2048                   height = zw(k)
2049                ENDIF
2050                IF ( hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp  .AND.  hom(k-1,1,18,sr) > hom(k,1,18,sr) )  THEN
2051                   IF ( zw(k) < 1.5_wp * height )  THEN
2052                      z_i(1) = zw(k)
2053                   ELSE
2054                      z_i(1) = height
2055                   ENDIF
2056                   EXIT
2057                ENDIF
2058             ENDDO
2059          ELSE
2060             DO  k = nzb, nzt-1
2061                IF ( first  .AND.  hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp )  THEN
2062                   first = .FALSE.
2063                   height = zw(k)
2064                ENDIF
2065                IF ( hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp  .AND.  hom(k+1,1,18,sr) > hom(k,1,18,sr) )  THEN
2066                   IF ( zw(k) < 1.5_wp * height )  THEN
2067                      z_i(1) = zw(k)
2068                   ELSE
2069                      z_i(1) = height
2070                   ENDIF
2071                   EXIT
2072                ENDIF
2073             ENDDO
2074          ENDIF
2075
2076!
2077!--       Second scheme: Gradient scheme from Sullivan et al. (1998), modified by Uhlenbrock(2006).
2078!--       The boundary layer height is the height with the maximal local temperature gradient:
2079!--       starting from the second (the last but one) vertical gridpoint, the local gradient must be
2080!--       at least 0.2K/100m and greater than the next four gradients.
2081!--       WARNING: The threshold value of 0.2K/100m must be adjusted for the
2082!--       ocean case!
2083          z_i(2) = 0.0_wp
2084          DO  k = nzb+1, nzt+1
2085             dptdz(k) = ( hom(k,1,4,sr) - hom(k-1,1,4,sr) ) * ddzu(k)
2086          ENDDO
2087          dptdz_threshold = 0.2_wp / 100.0_wp
2088
2089          IF ( ocean_mode )  THEN
2090             DO  k = nzt+1, nzb+5, -1
2091                IF ( dptdz(k) > dptdz_threshold  .AND.                                             &
2092                     dptdz(k) > dptdz(k-1)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k-2)  .AND.                    &
2093                     dptdz(k) > dptdz(k-3)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k-4) )  THEN
2094                   z_i(2) = zw(k-1)
2095                   EXIT
2096                ENDIF
2097             ENDDO
2098          ELSE
2099             DO  k = nzb+1, nzt-3
2100                IF ( dptdz(k) > dptdz_threshold  .AND.                                             &
2101                     dptdz(k) > dptdz(k+1)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k+2)  .AND.                    &
2102                     dptdz(k) > dptdz(k+3)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k+4) )  THEN
2103                   z_i(2) = zw(k-1)
2104                   EXIT
2105                ENDIF
2106             ENDDO
2107          ENDIF
2108
2109       ENDIF
2110
2111       hom(nzb+6,1,pr_palm,sr) = z_i(1)
2112       hom(nzb+7,1,pr_palm,sr) = z_i(2)
2113
2114!
2115!--    Determine vertical index which is nearest to the mean surface level height of the respective
2116!--    statistic region
2117       DO  k = nzb, nzt
2118          IF ( zw(k) >= mean_surface_level_height(sr) )  THEN
2119             k_surface_level = k
2120             EXIT
2121          ENDIF
2122       ENDDO
2123
2124!
2125!--    Computation of both the characteristic vertical velocity and the characteristic convective
2126!--    boundary layer temperature.
2127!--    The inversion height entering into the equation is defined with respect to the mean surface
2128!--    level height of the respective statistic region.
2129!--    The horizontal average at surface level index + 1 is input for the average temperature.
2130       IF ( hom(k_surface_level,1,18,sr) > 1.0E-8_wp  .AND.  z_i(1) /= 0.0_wp )  THEN
2131          hom(nzb+8,1,pr_palm,sr) =                                                                &
2132                                   ( g / hom(k_surface_level+1,1,4,sr) *                           &
2133                                   ( hom(k_surface_level,1,18,sr) /                                &
2134                                   ( heatflux_output_conversion(nzb) * rho_air(nzb) ) )            &
2135                                   * ABS( z_i(1) - mean_surface_level_height(sr) ) )**0.333333333_wp
2136       ELSE
2137          hom(nzb+8,1,pr_palm,sr)  = 0.0_wp
2138       ENDIF
2139
2140!
2141!--    Collect the time series quantities. Please note, timeseries quantities which are collected
2142!--    from horizontally averaged profiles, e.g. wpt or pt(zp), are treated specially. In case of
2143!--    elevated model surfaces, index nzb+1 might be within topography and data will be zero.
2144!--    Therefore, take value for the first atmosphere index, which is topo_min_level+1.
2145       ts_value(1,sr) = hom(nzb+4,1,pr_palm,sr)        ! E
2146       ts_value(2,sr) = hom(nzb+5,1,pr_palm,sr)        ! E*
2147       ts_value(3,sr) = dt_3d
2148       ts_value(4,sr) = hom(nzb,1,pr_palm,sr)          ! u*
2149       ts_value(5,sr) = hom(nzb+3,1,pr_palm,sr)        ! th*
2150       ts_value(6,sr) = u_max
2151       ts_value(7,sr) = v_max
2152       ts_value(8,sr) = w_max
2153       ts_value(9,sr) = hom(nzb+10,1,pr_palm,sr)       ! new divergence
2154       ts_value(10,sr) = hom(nzb+9,1,pr_palm,sr)       ! old Divergence
2155       ts_value(11,sr) = hom(nzb+6,1,pr_palm,sr)       ! z_i(1)
2156       ts_value(12,sr) = hom(nzb+7,1,pr_palm,sr)       ! z_i(2)
2157       ts_value(13,sr) = hom(nzb+8,1,pr_palm,sr)       ! w*
2158       ts_value(14,sr) = hom(nzb,1,16,sr)              ! w'pt'   at k=0
2159       ts_value(15,sr) = hom(topo_min_level+1,1,16,sr) ! w'pt'   at k=1
2160       ts_value(16,sr) = hom(topo_min_level+1,1,18,sr) ! wpt     at k=1
2161       ts_value(17,sr) = hom(nzb+14,1,pr_palm,sr)      ! pt(0)
2162       ts_value(18,sr) = hom(topo_min_level+1,1,4,sr)  ! pt(zp)
2163       ts_value(19,sr) = hom(nzb+1,1,pr_palm,sr)       ! u'w'    at k=0
2164       ts_value(20,sr) = hom(nzb+2,1,pr_palm,sr)       ! v'w'    at k=0
2165       ts_value(21,sr) = hom(nzb,1,48,sr)              ! w"q"    at k=0
2166
2167       IF ( .NOT. neutral )  THEN
2168          ts_value(22,sr) = hom(nzb,1,112,sr)          ! L
2169       ELSE
2170          ts_value(22,sr) = 1.0E10_wp
2171       ENDIF
2172
2173       ts_value(23,sr) = hom(nzb+12,1,pr_palm,sr)   ! q*
2174
2175       IF ( passive_scalar )  THEN
2176          ts_value(24,sr) = hom(nzb+13,1,117,sr)       ! w"s" ( to do ! )
2177          ts_value(25,sr) = hom(nzb+13,1,pr_palm,sr)   ! s*
2178       ENDIF
2179
2180!
2181!--    Collect land surface model timeseries
2182       IF ( land_surface )  THEN
2183          ts_value(dots_soil  ,sr) = hom(nzb,1,93,sr)           ! ghf
2184          ts_value(dots_soil+1,sr) = hom(nzb,1,94,sr)           ! qsws_liq
2185          ts_value(dots_soil+2,sr) = hom(nzb,1,95,sr)           ! qsws_soil
2186          ts_value(dots_soil+3,sr) = hom(nzb,1,96,sr)           ! qsws_veg
2187          ts_value(dots_soil+4,sr) = hom(nzb,1,97,sr)           ! r_a
2188          ts_value(dots_soil+5,sr) = hom(nzb,1,98,sr)           ! r_s
2189       ENDIF
2190!
2191!--    Collect radiation model timeseries
2192       IF ( radiation )  THEN
2193          ts_value(dots_rad,sr)   = hom(nzb,1,99,sr)           ! rad_net
2194          ts_value(dots_rad+1,sr) = hom(nzb,1,100,sr)          ! rad_lw_in
2195          ts_value(dots_rad+2,sr) = hom(nzb,1,101,sr)          ! rad_lw_out
2196          ts_value(dots_rad+3,sr) = hom(nzb,1,102,sr)          ! rad_sw_in
2197          ts_value(dots_rad+4,sr) = hom(nzb,1,103,sr)          ! rad_sw_out
2198
2199          IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
2200             ts_value(dots_rad+5,sr) = hom(nzb,1,108,sr)          ! rrtm_aldif
2201             ts_value(dots_rad+6,sr) = hom(nzb,1,109,sr)          ! rrtm_aldir
2202             ts_value(dots_rad+7,sr) = hom(nzb,1,110,sr)          ! rrtm_asdif
2203             ts_value(dots_rad+8,sr) = hom(nzb,1,111,sr)          ! rrtm_asdir
2204          ENDIF
2205
2206       ENDIF
2207
2208!
2209!--    Calculate additional statistics provided by other modules
2210       CALL module_interface_statistics( 'time_series', sr, 0, dots_max )
2211
2212    ENDDO    ! loop of the subregions
2213
2214!
2215!-- If required, sum up horizontal averages for subsequent time averaging.
2216!-- Do not sum, if flow statistics is called before the first initial time step.
2217    IF ( do_sum  .AND.  simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
2218       IF ( average_count_pr == 0 )  hom_sum = 0.0_wp
2219       hom_sum = hom_sum + hom(:,1,:,:)
2220       average_count_pr = average_count_pr + 1
2221       do_sum = .FALSE.
2222    ENDIF
2223
2224!
2225!-- Set flag for other UPs (e.g. output routines, but also buoyancy).
2226!-- This flag is reset after each time step in time_integration.
2227    flow_statistics_called = .TRUE.
2228
2229    CALL cpu_log( log_point(10), 'flow_statistics', 'stop' )
2230
2231
2232 END SUBROUTINE flow_statistics
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.