source: palm/trunk/SOURCE/flow_statistics.f90 @ 4755

Last change on this file since 4755 was 4742, checked in by schwenkel, 4 years ago

Implement snow and graupel (bulk microphysics)

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 118.5 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 4742 2020-10-14 15:11:02Z schwenkel $
26! Implement snow and graupel (bulk microphysics)
27!
28! 4703 2020-09-28 09:21:45Z suehring
29! Revise averaging of land-surface quantities
30!
31! 4672 2020-09-09 21:27:32Z pavelkrc
32! OpenACC bugfix
33!
34! 4671 2020-09-09 20:27:58Z pavelkrc
35! Implementation of downward facing USM and LSM surfaces
36!
37! 4646 2020-08-24 16:02:40Z raasch
38! file re-formatted to follow the PALM coding standard
39!
40! 4581 2020-06-29 08:49:58Z suehring
41! Formatting adjustment
42!
43! 4551 2020-06-02 10:22:25Z suehring
44! Bugfix in summation for statistical regions
45!
46! 4521 2020-05-06 11:39:49Z schwenkel
47! Rename variable
48!
49! 4502 2020-04-17 16:14:16Z schwenkel
50! Implementation of ice microphysics
51!
52! 4472 2020-03-24 12:21:00Z Giersch
53! Calculations of the Kolmogorov lengt scale eta implemented
54!
55! 4464 2020-03-17 11:08:46Z Giersch
56! Reset last change (r4463)
57!
58! 4463 2020-03-17 09:27:36Z Giersch
59! Calculate horizontally averaged profiles of all velocity components at the same place
60!
61! 4444 2020-03-05 15:59:50Z raasch
62! bugfix: cpp-directives for serial mode added
63!
64! 4442 2020-03-04 19:21:13Z suehring
65! Change order of dimension in surface array %frac to allow for better vectorization.
66!
67! 4441 2020-03-04 19:20:35Z suehring
68! Introduction of wall_flags_total_0, which currently sets bits based on static topography
69! information used in wall_flags_static_0
70!
71! 4329 2019-12-10 15:46:36Z motisi
72! Renamed wall_flags_0 to wall_flags_static_0
73!
74! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
75! Corrected "Former revisions" section
76!
77! 4131 2019-08-02 11:06:18Z monakurppa
78! Allow profile output for salsa variables.
79!
80! 4039 2019-06-18 10:32:41Z suehring
81! Correct conversion to kinematic scalar fluxes in case of pw-scheme and statistic regions
82!
83! 3828 2019-03-27 19:36:23Z raasch
84! unused variables removed
85!
86! 3676 2019-01-16 15:07:05Z knoop
87! Bugfix, terminate OMP Parallel block
88!
89! Revision 1.1  1997/08/11 06:15:17  raasch
90! Initial revision
91!
92!
93! Description:
94! ------------
95!> Compute average profiles and further average flow quantities for the different user-defined
96!> (sub-)regions. The region indexed 0 is the total model domain.
97!>
98!> @note For simplicity, nzb_s_inner and nzb_diff_s_inner are used as a lower vertical index for
99!>       k-loops for all variables, although strictly speaking the k-loops would have to be split
100!>       up according to the staggered grid. However, this implies no error since staggered velocity
101!>       components are zero at the walls and inside buildings.
102!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
103 SUBROUTINE flow_statistics
104
105
106    USE arrays_3d,                                                                                 &
107        ONLY:  ddzu, ddzw, d_exner, e, heatflux_output_conversion, hyp, km, kh,                    &
108               momentumflux_output_conversion,                                                     &
109               nc, ni, ng, nr, ns, p, prho, prr, pt, q, qc, qi, qg, ql, qr, qs,                    &
110               rho_air, rho_air_zw, rho_ocean, s, sa, u, ug, v, vg, vpt, w, w_subs,                &
111               waterflux_output_conversion, zw
112
113    USE basic_constants_and_equations_mod,                                                         &
114        ONLY:  g, lv_d_cp
115
116    USE bulk_cloud_model_mod,                                                                      &
117        ONLY: bulk_cloud_model, graupel, snow, microphysics_morrison, microphysics_seifert,        &
118              microphysics_ice_phase
119
120    USE chem_modules,                                                                              &
121        ONLY:  max_pr_cs
122
123    USE control_parameters,                                                                        &
124        ONLY:   air_chemistry, average_count_pr, cloud_droplets, do_sum, dt_3d, humidity,          &
125                initializing_actions, kolmogorov_length_scale, land_surface, large_scale_forcing,  &
126                large_scale_subsidence, max_pr_salsa, max_pr_user, message_string, neutral,        &
127                ocean_mode, passive_scalar, salsa, simulated_time, simulated_time_at_begin,        &
128                use_subsidence_tendencies, use_surface_fluxes, use_top_fluxes, ws_scheme_mom,      &
129                ws_scheme_sca
130
131    USE cpulog,                                                                                    &
132        ONLY:   cpu_log, log_point
133
134    USE grid_variables,                                                                            &
135        ONLY:   ddx, ddy
136
137    USE indices,                                                                                   &
138        ONLY:   ngp_2dh, ngp_2dh_s_inner, ngp_3d, ngp_3d_inner, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt,      &
139                topo_min_level, wall_flags_total_0
140
141#if defined( __parallel )
142    USE indices,                                                                                   &
143        ONLY:  ngp_sums, ngp_sums_ls
144#endif
145
146    USE kinds
147
148    USE land_surface_model_mod,                                                                    &
149        ONLY:   m_soil_h, nzb_soil, nzt_soil, t_soil_h
150
151    USE lsf_nudging_mod,                                                                           &
152        ONLY:   td_lsa_lpt, td_lsa_q, td_sub_lpt, td_sub_q, time_vert
153
154    USE module_interface,                                                                          &
155        ONLY:  module_interface_statistics
156
157    USE netcdf_interface,                                                                          &
158        ONLY:  dots_rad, dots_soil, dots_max
159
160    USE pegrid
161
162    USE radiation_model_mod,                                                                       &
163        ONLY:  radiation, radiation_scheme,                                                        &
164               rad_lw_in, rad_lw_out, rad_lw_cs_hr, rad_lw_hr,                                     &
165               rad_sw_in, rad_sw_out, rad_sw_cs_hr, rad_sw_hr
166
167    USE statistics
168
169    USE surface_mod,                                                                               &
170        ONLY :  surf_def_h, surf_lsm_h, surf_usm_h
171
172
173    IMPLICIT NONE
174
175    INTEGER(iwp) ::  i                   !<
176    INTEGER(iwp) ::  j                   !<
177    INTEGER(iwp) ::  k                   !<
178    INTEGER(iwp) ::  ki                  !<
179    INTEGER(iwp) ::  k_surface_level     !<
180    INTEGER(iwp) ::  m                   !< loop variable over all horizontal wall elements
181    INTEGER(iwp) ::  l                   !< loop variable over surface facing -- up- or downward-facing
182    INTEGER(iwp) ::  nt                  !<
183!$  INTEGER(iwp) ::  omp_get_thread_num  !<
184    INTEGER(iwp) ::  sr                  !<
185    INTEGER(iwp) ::  tn                  !<
186
187    LOGICAL ::  first  !<
188
189    REAL(wp) ::  dissipation      !< dissipation rate
190    REAL(wp) ::  dptdz_threshold  !<
191    REAL(wp) ::  du_dx            !< Derivative of u fluctuations with respect to x
192    REAL(wp) ::  du_dy            !< Derivative of u fluctuations with respect to y
193    REAL(wp) ::  du_dz            !< Derivative of u fluctuations with respect to z
194    REAL(wp) ::  dv_dx            !< Derivative of v fluctuations with respect to x
195    REAL(wp) ::  dv_dy            !< Derivative of v fluctuations with respect to y
196    REAL(wp) ::  dv_dz            !< Derivative of v fluctuations with respect to z
197    REAL(wp) ::  dw_dx            !< Derivative of w fluctuations with respect to x
198    REAL(wp) ::  dw_dy            !< Derivative of w fluctuations with respect to y
199    REAL(wp) ::  dw_dz            !< Derivative of w fluctuations with respect to z
200    REAL(wp) ::  eta              !< Kolmogorov length scale
201    REAL(wp) ::  fac              !<
202    REAL(wp) ::  flag             !<
203    REAL(wp) ::  height           !<
204    REAL(wp) ::  pts              !<
205    REAL(wp) ::  s11              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 11
206    REAL(wp) ::  s21              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 21
207    REAL(wp) ::  s31              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 31
208    REAL(wp) ::  s12              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 12
209    REAL(wp) ::  s22              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 22
210    REAL(wp) ::  s32              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 32
211    REAL(wp) ::  s13              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 13
212    REAL(wp) ::  s23              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 23
213    REAL(wp) ::  s33              !< fluctuating rate-of-strain tensor component 33
214    REAL(wp) ::  sums_l_etot      !<
215    REAL(wp) ::  ust              !<
216    REAL(wp) ::  ust2             !<
217    REAL(wp) ::  u2               !<
218    REAL(wp) ::  vst              !<
219    REAL(wp) ::  vst2             !<
220    REAL(wp) ::  v2               !<
221    REAL(wp) ::  w2               !<
222
223    REAL(wp) ::  dptdz(nzb+1:nzt+1)    !<
224    REAL(wp) ::  sums_ll(nzb:nzt+1,2)  !<
225
226
227    CALL cpu_log( log_point(10), 'flow_statistics', 'start' )
228
229
230!
231!-- To be on the safe side, check whether flow_statistics has already been called once after the
232!-- current time step.
233    IF ( flow_statistics_called )  THEN
234
235       message_string = 'flow_statistics is called two times within one ' // 'timestep'
236       CALL message( 'flow_statistics', 'PA0190', 1, 2, 0, 6, 0 )
237
238    ENDIF
239
240!
241!-- Compute statistics for each (sub-)region
242    DO  sr = 0, statistic_regions
243
244!
245!--    Initialize (local) summation array
246       sums_l = 0.0_wp
247#ifdef _OPENACC
248       !$ACC KERNELS PRESENT(sums_l)
249       sums_l = 0.0_wp
250       !$ACC END KERNELS
251#endif
252
253!
254!--    Store sums that have been computed in other subroutines in summation array
255       sums_l(:,11,:) = sums_l_l(:,sr,:)      ! mixing length from diffusivities
256!--    WARNING: next line still has to be adjusted for OpenMP
257       sums_l(:,21,0) = sums_wsts_bc_l(:,sr) *                                                     &
258                        heatflux_output_conversion  ! heat flux from advec_s_bc
259       sums_l(nzb+9,pr_palm,0)  = sums_divold_l(sr)  ! old divergence from pres
260       sums_l(nzb+10,pr_palm,0) = sums_divnew_l(sr)  ! new divergence from pres
261
262!
263!--    When calcuating horizontally-averaged total (resolved- plus subgrid-scale) vertical fluxes
264!--    and velocity variances by using commonly-applied Reynolds-based methods
265!--    ( e.g. <w'pt'> = (w-<w>)*(pt-<pt>) ) in combination with the 5th order advection scheme,
266!--    pronounced artificial kinks could be observed in the vertical profiles near the surface.
267!--    Please note: these kinks were not related to the model truth, i.e. these kinks are just
268!--    related to an evaluation problem.
269!--    In order avoid these kinks, vertical fluxes and horizontal as well vertical velocity
270!--    variances are calculated directly within the advection routines, according to the numerical
271!--    discretization, to evaluate the statistical quantities as they will appear within the
272!--    prognostic equations.
273!--    Copy the turbulent quantities, evaluated in the advection routines to the local array
274!--    sums_l() for further computations.
275       IF ( ws_scheme_mom .AND. sr == 0 )  THEN
276
277!
278!--       According to the Neumann bc for the horizontal velocity components, the corresponding
279!--       fluxes has to satisfiy the same bc.
280          IF ( ocean_mode )  THEN
281             sums_us2_ws_l(nzt+1,:) = sums_us2_ws_l(nzt,:)
282             sums_vs2_ws_l(nzt+1,:) = sums_vs2_ws_l(nzt,:)
283          ENDIF
284
285          DO  i = 0, threads_per_task-1
286!
287!--          Swap the turbulent quantities evaluated in advec_ws.
288             sums_l(:,13,i) = sums_wsus_ws_l(:,i) * momentumflux_output_conversion ! w*u*
289             sums_l(:,15,i) = sums_wsvs_ws_l(:,i) * momentumflux_output_conversion ! w*v*
290             sums_l(:,30,i) = sums_us2_ws_l(:,i)                                   ! u*2
291             sums_l(:,31,i) = sums_vs2_ws_l(:,i)                                   ! v*2
292             sums_l(:,32,i) = sums_ws2_ws_l(:,i)                                   ! w*2
293             sums_l(:,34,i) = sums_l(:,34,i) + 0.5_wp *                                            &
294                              ( sums_us2_ws_l(:,i) + sums_vs2_ws_l(:,i) + sums_ws2_ws_l(:,i) )  ! e*
295          ENDDO
296
297       ENDIF
298
299       IF ( ws_scheme_sca .AND. sr == 0 )  THEN
300
301          DO  i = 0, threads_per_task-1
302             sums_l(:,17,i)                        = sums_wspts_ws_l(:,i)                          &
303                                                     * heatflux_output_conversion   ! w*pt*
304             IF ( ocean_mode     ) sums_l(:,66,i)  = sums_wssas_ws_l(:,i)           ! w*sa*
305             IF ( humidity       ) sums_l(:,49,i)  = sums_wsqs_ws_l(:,i)                           &
306                                                     * waterflux_output_conversion  ! w*q*
307             IF ( passive_scalar ) sums_l(:,114,i) = sums_wsss_ws_l(:,i)            ! w*s*
308          ENDDO
309
310       ENDIF
311!
312!--    Horizontally averaged profiles of horizontal velocities and temperature.
313!--    They must have been computed before, because they are already required for other horizontal
314!--    averages.
315       tn = 0
316       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn, flag )
317       !$ tn = omp_get_thread_num()
318       !$OMP DO
319       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k, flag) &
320       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, u, v, pt, rmask, sums_l)
321       DO  i = nxl, nxr
322          DO  j =  nys, nyn
323             DO  k = nzb, nzt+1
324                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
325                !$ACC ATOMIC
326                sums_l(k,1,tn)  = sums_l(k,1,tn)  + u(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
327                !$ACC ATOMIC
328                sums_l(k,2,tn)  = sums_l(k,2,tn)  + v(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
329                !$ACC ATOMIC
330                sums_l(k,4,tn)  = sums_l(k,4,tn)  + pt(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
331             ENDDO
332          ENDDO
333       ENDDO
334       !$ACC UPDATE HOST(sums_l(:,1,tn), sums_l(:,2,tn), sums_l(:,4,tn))
335
336!
337!--    Horizontally averaged profile of salinity
338       IF ( ocean_mode )  THEN
339          !$OMP DO
340          DO  i = nxl, nxr
341             DO  j =  nys, nyn
342                DO  k = nzb, nzt+1
343                   sums_l(k,23,tn)  = sums_l(k,23,tn) + sa(k,j,i)                                  &
344                                      * rmask(j,i,sr)                                              &
345                                      * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                                     &
346                                               BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
347                ENDDO
348             ENDDO
349          ENDDO
350       ENDIF
351
352!
353!--    Horizontally averaged profiles of virtual potential temperature, total water content, water
354!--    vapor mixing ratio and liquid water potential temperature
355       IF ( humidity )  THEN
356          !$OMP DO
357          DO  i = nxl, nxr
358             DO  j =  nys, nyn
359                DO  k = nzb, nzt+1
360                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
361                   sums_l(k,44,tn)  = sums_l(k,44,tn) + vpt(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
362                   sums_l(k,41,tn)  = sums_l(k,41,tn) + q(k,j,i) * rmask(j,i,sr)   * flag
363                ENDDO
364             ENDDO
365          ENDDO
366          IF ( bulk_cloud_model )  THEN
367             !$OMP DO
368             DO  i = nxl, nxr
369                DO  j =  nys, nyn
370                   DO  k = nzb, nzt+1
371                      flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
372                      sums_l(k,42,tn) = sums_l(k,42,tn) +                      &
373                                        ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) * rmask(j,i,sr) * flag
374                      sums_l(k,43,tn) = sums_l(k,43,tn) + (                                        &
375                                           pt(k,j,i) + lv_d_cp * d_exner(k) * ql(k,j,i)            &
376                                                          ) * rmask(j,i,sr) * flag
377                   ENDDO
378                ENDDO
379             ENDDO
380          ENDIF
381       ENDIF
382
383!
384!--    Horizontally averaged profiles of passive scalar
385       IF ( passive_scalar )  THEN
386          !$OMP DO
387          DO  i = nxl, nxr
388             DO  j =  nys, nyn
389                DO  k = nzb, nzt+1
390                   sums_l(k,115,tn)  = sums_l(k,115,tn) + s(k,j,i)                                 &
391                                       * rmask(j,i,sr)                                             &
392                                       * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                                    &
393                                                BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
394                ENDDO
395             ENDDO
396          ENDDO
397       ENDIF
398       !$OMP END PARALLEL
399!
400!--    Summation of thread sums
401       IF ( threads_per_task > 1 )  THEN
402          DO  i = 1, threads_per_task-1
403             sums_l(:,1,0) = sums_l(:,1,0) + sums_l(:,1,i)
404             sums_l(:,2,0) = sums_l(:,2,0) + sums_l(:,2,i)
405             sums_l(:,4,0) = sums_l(:,4,0) + sums_l(:,4,i)
406             IF ( ocean_mode )  THEN
407                sums_l(:,23,0) = sums_l(:,23,0) + sums_l(:,23,i)
408             ENDIF
409             IF ( humidity )  THEN
410                sums_l(:,41,0) = sums_l(:,41,0) + sums_l(:,41,i)
411                sums_l(:,44,0) = sums_l(:,44,0) + sums_l(:,44,i)
412                IF ( bulk_cloud_model )  THEN
413                   sums_l(:,42,0) = sums_l(:,42,0) + sums_l(:,42,i)
414                   sums_l(:,43,0) = sums_l(:,43,0) + sums_l(:,43,i)
415                ENDIF
416             ENDIF
417             IF ( passive_scalar )  THEN
418                sums_l(:,115,0) = sums_l(:,115,0) + sums_l(:,115,i)
419             ENDIF
420          ENDDO
421       ENDIF
422
423#if defined( __parallel )
424!
425!--    Compute total sum from local sums
426       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
427       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,1,0), sums(nzb,1), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
428                           ierr )
429       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
430       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,2,0), sums(nzb,2), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
431                           ierr )
432       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
433       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,4,0), sums(nzb,4), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,     &
434                           ierr )
435       IF ( ocean_mode )  THEN
436          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
437          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,23,0), sums(nzb,23), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
438                              ierr )
439       ENDIF
440       IF ( humidity ) THEN
441          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
442          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,44,0), sums(nzb,44), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
443                              ierr )
444          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
445          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,41,0), sums(nzb,41), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d,&
446                              ierr )
447          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
448             IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
449             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,42,0), sums(nzb,42), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,     &
450                                 comm2d, ierr )
451             IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
452             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,43,0), sums(nzb,43), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,     &
453                                 comm2d, ierr )
454          ENDIF
455       ENDIF
456
457       IF ( passive_scalar )  THEN
458          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
459          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,115,0), sums(nzb,115), nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM,      &
460                              comm2d, ierr )
461       ENDIF
462#else
463       sums(:,1) = sums_l(:,1,0)
464       sums(:,2) = sums_l(:,2,0)
465       sums(:,4) = sums_l(:,4,0)
466       IF ( ocean_mode )  sums(:,23) = sums_l(:,23,0)
467       IF ( humidity ) THEN
468          sums(:,44) = sums_l(:,44,0)
469          sums(:,41) = sums_l(:,41,0)
470          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
471             sums(:,42) = sums_l(:,42,0)
472             sums(:,43) = sums_l(:,43,0)
473          ENDIF
474       ENDIF
475       IF ( passive_scalar )  sums(:,115) = sums_l(:,115,0)
476#endif
477
478!
479!--    Final values are obtained by division by the total number of grid points used for summation.
480!--    After that store profiles.
481       sums(:,1) = sums(:,1) / ngp_2dh(sr)
482       sums(:,2) = sums(:,2) / ngp_2dh(sr)
483       sums(:,4) = sums(:,4) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
484       hom(:,1,1,sr) = sums(:,1)             ! u
485       hom(:,1,2,sr) = sums(:,2)             ! v
486       hom(:,1,4,sr) = sums(:,4)             ! pt
487       !$ACC UPDATE DEVICE(hom(:,1,1,sr), hom(:,1,2,sr), hom(:,1,4,sr))
488
489
490!
491!--    Salinity
492       IF ( ocean_mode )  THEN
493          sums(:,23) = sums(:,23) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
494          hom(:,1,23,sr) = sums(:,23)             ! sa
495       ENDIF
496
497!
498!--    Humidity and cloud parameters
499       IF ( humidity ) THEN
500          sums(:,44) = sums(:,44) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
501          sums(:,41) = sums(:,41) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
502          hom(:,1,44,sr) = sums(:,44)             ! vpt
503          hom(:,1,41,sr) = sums(:,41)             ! qv (q)
504          IF ( bulk_cloud_model ) THEN
505             sums(:,42) = sums(:,42) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
506             sums(:,43) = sums(:,43) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)
507             hom(:,1,42,sr) = sums(:,42)             ! qv
508             hom(:,1,43,sr) = sums(:,43)             ! pt
509          ENDIF
510       ENDIF
511
512!
513!--    Passive scalar
514       IF ( passive_scalar )  hom(:,1,115,sr) = sums(:,115) / ngp_2dh_s_inner(:,sr)  ! s
515
516!
517!--    Horizontally averaged profiles of the remaining prognostic variables, variances, the total
518!--    and the perturbation energy (single values in last column of sums_l) and some diagnostic
519!--    quantities.
520!--    NOTE: for simplicity, nzb_s_inner is used below, although strictly speaking the following
521!--    ----  k-loop would have to be split up and rearranged according to the staggered grid.
522!--          However, this implies no error since staggered velocity components are zero at the
523!--          walls and inside buildings.
524       tn = 0
525       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, pts, sums_ll,                          &
526       !$OMP                   sums_l_etot, tn, ust, ust2, u2, vst, vst2, v2,  &
527       !$OMP                   w2, flag, m, ki, l )
528       !$ tn = omp_get_thread_num()
529       !$OMP DO
530       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j, k, m) &
531       !$ACC PRIVATE(sums_l_etot, flag, du_dx, du_dy, du_dz) &
532       !$ACC PRIVATE(dv_dx, dv_dy, dv_dz, dw_dx, dw_dy, dw_dz) &
533       !$ACC PRIVATE(s11, s21, s31, s12, s22, s32, s13, s23, s33) &
534       !$ACC PRIVATE(dissipation, eta) &
535       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, rmask, momentumflux_output_conversion) &
536       !$ACC PRESENT(hom(:,1,1:2,sr), hom(:,1,4,sr)) &
537       !$ACC PRESENT(e, u, v, w, km, kh, p, pt) &
538       !$ACC PRESENT(ddx, ddy, ddzu, ddzw) &
539       !$ACC PRESENT(surf_def_h(0), surf_lsm_h(0), surf_usm_h(0)) &
540       !$ACC PRESENT(sums_l)
541       DO  i = nxl, nxr
542          DO  j =  nys, nyn
543             sums_l_etot = 0.0_wp
544             DO  k = nzb, nzt+1
545                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
546!
547!--             Prognostic and diagnostic variables
548                !$ACC ATOMIC
549                sums_l(k,3,tn)  = sums_l(k,3,tn)  + w(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
550                !$ACC ATOMIC
551                sums_l(k,8,tn)  = sums_l(k,8,tn)  + e(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
552                !$ACC ATOMIC
553                sums_l(k,9,tn)  = sums_l(k,9,tn)  + km(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
554                !$ACC ATOMIC
555                sums_l(k,10,tn) = sums_l(k,10,tn) + kh(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
556                !$ACC ATOMIC
557                sums_l(k,40,tn) = sums_l(k,40,tn) + ( p(k,j,i)                                     &
558                                         / momentumflux_output_conversion(k) ) * flag
559
560                !$ACC ATOMIC
561                sums_l(k,33,tn) = sums_l(k,33,tn) + &
562                                  ( pt(k,j,i)-hom(k,1,4,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
563#ifndef _OPENACC
564                IF ( humidity )  THEN
565                   sums_l(k,70,tn) = sums_l(k,70,tn) +                                             &
566                                     ( q(k,j,i)-hom(k,1,41,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
567                ENDIF
568                IF ( passive_scalar )  THEN
569                   sums_l(k,116,tn) = sums_l(k,116,tn) +                                           &
570                                      ( s(k,j,i)-hom(k,1,115,sr) )**2 * rmask(j,i,sr) * flag
571                ENDIF
572#endif
573!
574!--             Higher moments
575!--             (Computation of the skewness of w further below)
576                !$ACC ATOMIC
577                sums_l(k,38,tn) = sums_l(k,38,tn) + w(k,j,i)**3 * rmask(j,i,sr) * flag
578
579                sums_l_etot  = sums_l_etot + 0.5_wp * ( u(k,j,i)**2 + v(k,j,i)**2 + w(k,j,i)**2 )  &
580                                             * rmask(j,i,sr) * flag
581
582!
583!--             Computation of the Kolmogorov length scale. Calculation is based on gradients of the
584!--             deviations from the horizontal mean.
585!--             Kolmogorov scale at the boundaries (k=0/z=0m and k=nzt+1) is set to zero.
586                IF ( kolmogorov_length_scale .AND. k /= nzb .AND. k /= nzt+1) THEN
587                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
588
589!
590!--                Calculate components of the fluctuating rate-of-strain tensor
591!--                (0.5*(del u'_i/del x_j + del u'_j/del x_i)) defined in the center of each grid
592!--                box.
593                   du_dx = ( ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                                      &
594                             ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) ) * ddx
595                   du_dy = 0.25_wp * ddy *                                                         &
596                           ( ( u(k,j+1,i) - hom(k,1,1,sr) ) -                                      &
597                             ( u(k,j-1,i) - hom(k,1,1,sr) ) +                                      &
598                             ( u(k,j+1,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                                    &
599                             ( u(k,j-1,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) )
600                   du_dz = 0.25_wp * ( ( ( u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) ) -                        &
601                                         ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) ) *                          &
602                                       ddzu(k+1) +                                                 &
603                                       ( ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) ) -                            &
604                                         ( u(k-1,j,i) - hom(k-1,1,1,sr) ) ) *                      &
605                                       ddzu(k) +                                                   &
606                                       ( ( u(k+1,j,i+1) - hom(k+1,1,1,sr) ) -                      &
607                                         ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) ) *                        &
608                                       ddzu(k+1) +                                                 &
609                                       ( ( u(k,j,i+1) - hom(k,1,1,sr) ) -                          &
610                                         ( u(k-1,j,i+1) - hom(k-1,1,1,sr) ) ) *                    &
611                                       ddzu(k) )
612
613                   dv_dx = 0.25_wp * ddx *                                                         &
614                           ( ( v(k,j,i+1) - hom(k,1,2,sr) ) -                                      &
615                             ( v(k,j,i-1) - hom(k,1,2,sr) ) +                                      &
616                             ( v(k,j+1,i+1) - hom(k,1,2,sr) ) -                                    &
617                             ( v(k,j+1,i-1) - hom(k,1,2,sr) ) )
618                   dv_dy = ( ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) - ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) * ddy
619                   dv_dz = 0.25_wp * ( ( ( v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) ) -                        &
620                                         ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) *                          &
621                                       ddzu(k+1) +                                                 &
622                                       ( ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) ) -                            &
623                                         ( v(k-1,j,i) - hom(k-1,1,2,sr) ) ) *                      &
624                                       ddzu(k) +                                                   &
625                                       ( ( v(k+1,j+1,i) - hom(k+1,1,2,sr) ) -                      &
626                                         ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) ) *                        &
627                                       ddzu(k+1) +                                                 &
628                                       ( ( v(k,j+1,i) - hom(k,1,2,sr) ) -                          &
629                                         ( v(k-1,j+1,i) - hom(k-1,1,2,sr) ) ) *                    &
630                                       ddzu(k) )
631
632                   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) )
633                   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) )
634                   dw_dz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k)
635
636                   s11 = 0.5_wp * ( du_dx + du_dx )
637                   s21 = 0.5_wp * ( dv_dx + du_dy )
638                   s31 = 0.5_wp * ( dw_dx + du_dz )
639
640                   s12 = s21
641                   s22 = 0.5 * ( dv_dy + dv_dy )
642                   s32 = 0.5 * ( dw_dy + dv_dz )
643
644                   s13 = s31
645                   s23 = s32
646                   s33 = 0.5_wp * ( dw_dz + dw_dz )
647
648!--                Calculate 3D instantaneous energy dissipation rate following Pope (2000):
649!--                Turbulent flows, p.259. It is defined in the center of each grid volume.
650                   dissipation = 2.0_wp * km(k,j,i) *                                              &
651                                ( s11*s11 + s21*s21 + s31*s31 +                                    &
652                                  s12*s12 + s22*s22 + s32*s32 +                                    &
653                                  s13*s13 + s23*s23 + s33*s33 )
654                   eta         = ( km(k,j,i)**3.0_wp / ( dissipation+1.0E-12 ) )**(1.0_wp/4.0_wp)
655
656                   !$ACC ATOMIC
657                   sums_l(k,121,tn) = sums_l(k,121,tn) + eta * rmask(j,i,sr) * flag
658
659
660                ENDIF !Kolmogorov length scale
661
662             ENDDO !k-loop
663!
664!--          Total and perturbation energy for the total domain (being collected in the last column
665!--          of sums_l). Summation of these quantities is seperated from the previous loop in order
666!--          to allow vectorization of that loop.
667             !$ACC ATOMIC
668             sums_l(nzb+4,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+4,pr_palm,tn) + sums_l_etot
669!
670!--          2D-arrays (being collected in the last column of sums_l)
671             IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
672                m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
673                !$ACC ATOMIC
674                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
675                                           surf_def_h(0)%us(m)   * rmask(j,i,sr)
676                !$ACC ATOMIC
677                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
678                                           surf_def_h(0)%usws(m) * rmask(j,i,sr)
679                !$ACC ATOMIC
680                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
681                                           surf_def_h(0)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
682                !$ACC ATOMIC
683                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
684                                           surf_def_h(0)%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
685#ifndef _OPENACC
686                IF ( humidity )  THEN
687                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
688                                               surf_def_h(0)%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
689                ENDIF
690                IF ( passive_scalar )  THEN
691                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
692                                               surf_def_h(0)%ss(m)   * rmask(j,i,sr)
693                ENDIF
694#endif
695!
696!--             Summation of surface temperature.
697                !$ACC ATOMIC
698                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn)   +                          &
699                                            surf_def_h(0)%pt_surface(m) * rmask(j,i,sr)
700             ENDIF
701             IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
702                m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
703                !$ACC ATOMIC
704                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
705                                           surf_lsm_h(0)%us(m)   * rmask(j,i,sr)
706                !$ACC ATOMIC
707                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
708                                           surf_lsm_h(0)%usws(m) * rmask(j,i,sr)
709                !$ACC ATOMIC
710                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
711                                           surf_lsm_h(0)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
712                !$ACC ATOMIC
713                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
714                                           surf_lsm_h(0)%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
715#ifndef _OPENACC
716                IF ( humidity )  THEN
717                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
718                                               surf_lsm_h(0)%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
719                ENDIF
720                IF ( passive_scalar )  THEN
721                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
722                                               surf_lsm_h(0)%ss(m)   * rmask(j,i,sr)
723                ENDIF
724#endif
725!
726!--             Summation of surface temperature.
727                !$ACC ATOMIC
728                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) +                            &
729                                            surf_lsm_h(0)%pt_surface(m) * rmask(j,i,sr)
730             ENDIF
731             IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
732                m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
733                !$ACC ATOMIC
734                sums_l(nzb,pr_palm,tn)   = sums_l(nzb,pr_palm,tn) +                                &
735                                           surf_usm_h(0)%us(m)   * rmask(j,i,sr)
736                !$ACC ATOMIC
737                sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+1,pr_palm,tn) +                              &
738                                           surf_usm_h(0)%usws(m) * rmask(j,i,sr)
739                !$ACC ATOMIC
740                sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+2,pr_palm,tn) +                              &
741                                           surf_usm_h(0)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)
742                !$ACC ATOMIC
743                sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+3,pr_palm,tn) +                              &
744                                           surf_usm_h(0)%ts(m)   * rmask(j,i,sr)
745#ifndef _OPENACC
746                IF ( humidity )  THEN
747                   sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+12,pr_palm,tn) +                         &
748                                               surf_usm_h(0)%qs(m)   * rmask(j,i,sr)
749                ENDIF
750                IF ( passive_scalar )  THEN
751                   sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+13,pr_palm,tn) +                         &
752                                               surf_usm_h(0)%ss(m) * rmask(j,i,sr)
753                ENDIF
754#endif
755!
756!--             Summation of surface temperature.
757                !$ACC ATOMIC
758                sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+14,pr_palm,tn) +                            &
759                                            surf_usm_h(0)%pt_surface(m)  * rmask(j,i,sr)
760             ENDIF
761          ENDDO !j-loop
762       ENDDO !i-loop
763       !$ACC UPDATE &
764       !$ACC HOST(sums_l(:,3,tn), sums_l(:,8,tn), sums_l(:,9,tn)) &
765       !$ACC HOST(sums_l(:,10,tn), sums_l(:,40,tn), sums_l(:,33,tn)) &
766       !$ACC HOST(sums_l(:,38,tn), sums_l(:,121,tn)) &
767       !$ACC HOST(sums_l(nzb:nzb+4,pr_palm,tn), sums_l(nzb+14:nzb+14,pr_palm,tn))
768
769!
770!--    Computation of statistics when ws-scheme is not used. Else these
771!--    quantities are evaluated in the advection routines.
772       IF ( .NOT. ws_scheme_mom .OR. sr /= 0 .OR. simulated_time == 0.0_wp )  THEN
773          !$OMP DO
774          DO  i = nxl, nxr
775             DO  j =  nys, nyn
776                DO  k = nzb, nzt+1
777                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
778
779                   u2   = u(k,j,i)**2
780                   v2   = v(k,j,i)**2
781                   w2   = w(k,j,i)**2
782                   ust2 = ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )**2
783                   vst2 = ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )**2
784
785                   sums_l(k,30,tn) = sums_l(k,30,tn) + ust2 * rmask(j,i,sr) * flag
786                   sums_l(k,31,tn) = sums_l(k,31,tn) + vst2 * rmask(j,i,sr) * flag
787                   sums_l(k,32,tn) = sums_l(k,32,tn) + w2   * rmask(j,i,sr) * flag
788!
789!--                Perturbation energy
790                   sums_l(k,34,tn) = sums_l(k,34,tn) +                                             &
791                                     0.5_wp * ( ust2 + vst2 + w2 ) * rmask(j,i,sr) * flag
792                ENDDO
793             ENDDO
794          ENDDO
795       ENDIF
796!
797!--    Computaion of domain-averaged perturbation energy. Please note, to prevent that perturbation
798!--    energy is larger (even if only slightly) than the total kinetic energy, calculation is based
799!--    on deviations from the horizontal mean, instead of spatial descretization of the advection
800!--    term.
801       !$OMP DO
802       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k, flag, w2, ust2, vst2) &
803       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, u, v, w, rmask, hom(:,1,1:2,sr)) &
804       !$ACC PRESENT(sums_l)
805       DO  i = nxl, nxr
806          DO  j =  nys, nyn
807             DO  k = nzb, nzt+1
808                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
809
810                w2   = w(k,j,i)**2
811                ust2 = ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )**2
812                vst2 = ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )**2
813                w2   = w(k,j,i)**2
814
815                !$ACC ATOMIC
816                sums_l(nzb+5,pr_palm,tn) = sums_l(nzb+5,pr_palm,tn)                                &
817                                           + 0.5_wp * ( ust2 + vst2 + w2 ) * rmask(j,i,sr) * flag
818
819             ENDDO
820          ENDDO
821       ENDDO
822       !$ACC UPDATE HOST(sums_l(nzb+5:nzb+5,pr_palm,tn))
823
824!
825!--    Horizontally averaged profiles of the vertical fluxes
826       !$OMP DO
827       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j, k, l, m) &
828       !$ACC PRIVATE(ki, flag, ust, vst, pts) &
829       !$ACC PRESENT(kh, km, u, v, w, pt) &
830       !$ACC PRESENT(wall_flags_total_0, rmask, ddzu, rho_air_zw, hom(:,1,1:4,sr)) &
831       !$ACC PRESENT(heatflux_output_conversion, momentumflux_output_conversion) &
832       !$ACC PRESENT(surf_def_h(0:2), surf_lsm_h(0:1), surf_usm_h(0:1)) &
833       !$ACC PRESENT(sums_l)
834       DO  i = nxl, nxr
835          DO  j = nys, nyn
836!
837!--          Subgridscale fluxes (without Prandtl layer from k=nzb, oterwise from k=nzb+1)
838!--          NOTE: for simplicity, nzb_diff_s_inner is used below, although strictly speaking the
839!--          ----  following k-loop would have to be split up according to the staggered grid.
840!--                However, this implies no error since staggered velocity components are zero at
841!--                the walls and inside buildings.
842!--          Flag 23 is used to mask surface fluxes as well as model-top fluxes, which are added
843!--          further below.
844             DO  k = nzb, nzt
845                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *           &
846                       MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
847!
848!--             Momentum flux w"u"
849                !$ACC ATOMIC
850                sums_l(k,12,tn) = sums_l(k,12,tn) - 0.25_wp * (                                    &
851                                  km(k,j,i) + km(k+1,j,i) + km(k,j,i-1) + km(k+1,j,i-1)            &
852                                                              ) * (                                &
853                                      ( u(k+1,j,i) - u(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)                      &
854                                    + ( w(k,j,i)   - w(k,j,i-1) ) * ddx                            &
855                                                                  ) * rmask(j,i,sr)                &
856                                            * rho_air_zw(k)                                        &
857                                            * momentumflux_output_conversion(k)                    &
858                                            * flag
859!
860!--             Momentum flux w"v"
861                !$ACC ATOMIC
862                sums_l(k,14,tn) = sums_l(k,14,tn) - 0.25_wp * (                                    &
863                                  km(k,j,i) + km(k+1,j,i) + km(k,j-1,i) + km(k+1,j-1,i)            &
864                                                              ) * (                                &
865                                      ( v(k+1,j,i) - v(k,j,i)   ) * ddzu(k+1)                      &
866                                    + ( w(k,j,i)   - w(k,j-1,i) ) * ddy                            &
867                                                                  ) * rmask(j,i,sr)                &
868                                            * rho_air_zw(k)                                        &
869                                            * momentumflux_output_conversion(k)                    &
870                                            * flag
871!
872!--             Heat flux w"pt"
873                !$ACC ATOMIC
874                sums_l(k,16,tn) = sums_l(k,16,tn)                                                  &
875                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
876                                               * ( pt(k+1,j,i) - pt(k,j,i) )                       &
877                                               * rho_air_zw(k)                                     &
878                                               * heatflux_output_conversion(k)                     &
879                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                         &
880                                               * flag
881
882!
883!--             Salinity flux w"sa"
884#ifndef _OPENACC
885                IF ( ocean_mode )  THEN
886                   sums_l(k,65,tn) = sums_l(k,65,tn)                                               &
887                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
888                                               * ( sa(k+1,j,i) - sa(k,j,i) )                       &
889                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                         &
890                                               * flag
891                ENDIF
892
893!
894!--             Buoyancy flux, water flux (humidity flux) w"q"
895                IF ( humidity ) THEN
896                   sums_l(k,45,tn) = sums_l(k,45,tn)                                               &
897                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
898                                               * ( vpt(k+1,j,i) - vpt(k,j,i) )                     &
899                                               * rho_air_zw(k)                                     &
900                                               * heatflux_output_conversion(k)                     &
901                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
902                   sums_l(k,48,tn) = sums_l(k,48,tn)                                               &
903                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
904                                               * ( q(k+1,j,i) - q(k,j,i) )                         &
905                                               * rho_air_zw(k)                                     &
906                                               * waterflux_output_conversion(k)                    &
907                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
908
909                   IF ( bulk_cloud_model ) THEN
910                      sums_l(k,51,tn) = sums_l(k,51,tn)                                            &
911                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
912                                               * ( ( q(k+1,j,i) - ql(k+1,j,i) )                    &
913                                                - ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) )                       &
914                                               * rho_air_zw(k)                                     &
915                                               * waterflux_output_conversion(k)                    &
916                                               * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr) * flag
917                   ENDIF
918                ENDIF
919
920!
921!--             Passive scalar flux
922                IF ( passive_scalar )  THEN
923                   sums_l(k,117,tn) = sums_l(k,117,tn)                                             &
924                                         - 0.5_wp * ( kh(k,j,i) + kh(k+1,j,i) )                    &
925                                                  * ( s(k+1,j,i) - s(k,j,i) )                      &
926                                                  * ddzu(k+1) * rmask(j,i,sr)                      &
927                                                              * flag
928                ENDIF
929#endif
930
931             ENDDO
932
933!
934!--          Subgridscale fluxes in the Prandtl layer
935             IF ( use_surface_fluxes )  THEN
936                DO  l = 0, 1
937                   ! The original code using MERGE doesn't work with the PGI
938                   ! compiler when running on the GPU.
939                   ! This is submitted as a compiler Bug in PGI ticket TPR#26718
940                   ! ki = MERGE( -1, 0, l == 0 )
941                   ki = -1 + l
942                   IF ( surf_def_h(l)%ns >= 1 )  THEN
943                      DO  m = surf_def_h(l)%start_index(j,i),                                      &
944                              surf_def_h(l)%end_index(j,i)
945                         k = surf_def_h(l)%k(m)
946
947                         !$ACC ATOMIC
948                         sums_l(k+ki,12,tn) = sums_l(k+ki,12,tn) +                                 &
949                                              momentumflux_output_conversion(k+ki) *               &
950                                              surf_def_h(l)%usws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"u"
951                         !$ACC ATOMIC
952                         sums_l(k+ki,14,tn) = sums_l(k+ki,14,tn) +                                 &
953                                              momentumflux_output_conversion(k+ki) *               &
954                                              surf_def_h(l)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"v"
955                         !$ACC ATOMIC
956                         sums_l(k+ki,16,tn) = sums_l(k+ki,16,tn) +                                 &
957                                              heatflux_output_conversion(k+ki) *                   &
958                                              surf_def_h(l)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)     ! w"pt"
959#if 0
960                         sums_l(k+ki,58,tn) = sums_l(k+ki,58,tn) +                                 &
961                                              0.0_wp * rmask(j,i,sr)                    ! u"pt"
962                         sums_l(k+ki,61,tn) = sums_l(k+ki,61,tn) +                                 &
963                                              0.0_wp * rmask(j,i,sr)                    ! v"pt"
964#endif
965#ifndef _OPENACC
966                         IF ( ocean_mode )  THEN
967                            sums_l(k+ki,65,tn) = sums_l(k+ki,65,tn) +                              &
968                                                 surf_def_h(l)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
969                         ENDIF
970                         IF ( humidity )  THEN
971                            sums_l(k+ki,48,tn) = sums_l(k+ki,48,tn) +                              &
972                                                 waterflux_output_conversion(k+ki) *               &
973                                                 surf_def_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"q" (w"qv")
974                            sums_l(k+ki,45,tn) = sums_l(k+ki,45,tn) +  (                           &
975                                                 ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(k+ki,j,i) ) *              &
976                                                 surf_def_h(l)%shf(m) + 0.61_wp * pt(k+ki,j,i) *   &
977                                                 surf_def_h(l)%qsws(m) )                           &
978                                                 * heatflux_output_conversion(k+ki)
979                            IF ( cloud_droplets )  THEN
980                               sums_l(k+ki,45,tn) = sums_l(k+ki,45,tn) +      (                    &
981                                                    ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(k+ki,j,i) -             &
982                                                      ql(k+ki,j,i) ) * surf_def_h(l)%shf(m) +      &
983                                                      0.61_wp * pt(k+ki,j,i)                       &
984                                                      * surf_def_h(l)%qsws(m) )                    &
985                                                    * heatflux_output_conversion(k+ki)
986                            ENDIF
987                            IF ( bulk_cloud_model )  THEN
988!
989!--                            Formula does not work if ql(k+ki) /= 0.0
990                               sums_l(k+ki,51,tn) = sums_l(k+ki,51,tn) +                           &
991                                                    waterflux_output_conversion(k+ki) *            &
992                                                    surf_def_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
993                            ENDIF
994                         ENDIF
995                         IF ( passive_scalar )  THEN
996                            sums_l(k+ki,117,tn) = sums_l(k+ki,117,tn) +                            &
997                                                  surf_def_h(l)%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
998                         ENDIF
999#endif
1000
1001                      ENDDO
1002
1003                   ENDIF
1004                   IF ( surf_lsm_h(l)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(l)%start_index(j,i) )  THEN
1005                      m = surf_lsm_h(l)%start_index(j,i)
1006                      !$ACC ATOMIC
1007                      sums_l(nzb,12,tn) = sums_l(nzb,12,tn) +                                         &
1008                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1009                                          surf_lsm_h(l)%usws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"u"
1010                      !$ACC ATOMIC
1011                      sums_l(nzb,14,tn) = sums_l(nzb,14,tn) +                                         &
1012                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1013                                          surf_lsm_h(l)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)     ! w"v"
1014                      !$ACC ATOMIC
1015                      sums_l(nzb,16,tn) = sums_l(nzb,16,tn) +                                         &
1016                                          heatflux_output_conversion(nzb) *                           &
1017                                          surf_lsm_h(l)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)     ! w"pt"
1018#if 0
1019                      sums_l(nzb,58,tn) = sums_l(nzb,58,tn) +                                         &
1020                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! u"pt"
1021                      sums_l(nzb,61,tn) = sums_l(nzb,61,tn) +                                         &
1022                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! v"pt"
1023#endif
1024#ifndef _OPENACC
1025                      IF ( ocean_mode )  THEN
1026                         sums_l(nzb,65,tn) = sums_l(nzb,65,tn) +                                      &
1027                                             surf_lsm_h(l)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
1028                      ENDIF
1029                      IF ( humidity )  THEN
1030                         sums_l(nzb,48,tn) = sums_l(nzb,48,tn) +                                      &
1031                                             waterflux_output_conversion(nzb) *                       &
1032                                             surf_lsm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"q" (w"qv")
1033                         sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                    &
1034                                             ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) ) * surf_lsm_h(l)%shf(m) +  &
1035                                               0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_lsm_h(l)%qsws(m) )           &
1036                                             * heatflux_output_conversion(nzb)
1037                         IF ( cloud_droplets )  THEN
1038                            sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                 &
1039                                                ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) -                     &
1040                                                  ql(nzb,j,i) ) * surf_lsm_h(l)%shf(m) +                 &
1041                                                  0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_lsm_h(l)%qsws(m) )        &
1042                                                * heatflux_output_conversion(nzb)
1043                         ENDIF
1044                         IF ( bulk_cloud_model )  THEN
1045!
1046!--                         Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
1047                            sums_l(nzb,51,tn) = sums_l(nzb,51,tn) +                                   &
1048                                                waterflux_output_conversion(nzb) *                    &
1049                                                surf_lsm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
1050                         ENDIF
1051                      ENDIF
1052                      IF ( passive_scalar )  THEN
1053                         sums_l(nzb,117,tn) = sums_l(nzb,117,tn) +                                    &
1054                                              surf_lsm_h(l)%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
1055                      ENDIF
1056#endif
1057
1058                   ENDIF
1059                   IF ( surf_usm_h(l)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(l)%start_index(j,i) )  THEN
1060                      m = surf_usm_h(l)%start_index(j,i)
1061                      !$ACC ATOMIC
1062                      sums_l(nzb,12,tn) = sums_l(nzb,12,tn) +                                         &
1063                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1064                                          surf_usm_h(l)%usws(m) * rmask(j,i,sr)                ! w"u"
1065                      !$ACC ATOMIC
1066                      sums_l(nzb,14,tn) = sums_l(nzb,14,tn) +                                         &
1067                                          momentumflux_output_conversion(nzb) *                       &
1068                                          surf_usm_h(l)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)                ! w"v"
1069                      !$ACC ATOMIC
1070                      sums_l(nzb,16,tn) = sums_l(nzb,16,tn) +                                         &
1071                                          heatflux_output_conversion(nzb) *                           &
1072                                          surf_usm_h(l)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)                ! w"pt"
1073#if 0
1074                      sums_l(nzb,58,tn) = sums_l(nzb,58,tn) + 0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! u"pt"
1075                      sums_l(nzb,61,tn) = sums_l(nzb,61,tn) + 0.0_wp * rmask(j,i,sr)        ! v"pt"
1076#endif
1077#ifndef _OPENACC
1078                      IF ( ocean_mode )  THEN
1079                         sums_l(nzb,65,tn) = sums_l(nzb,65,tn) +                                      &
1080                                             surf_usm_h(l)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)            ! w"sa"
1081                      ENDIF
1082                      IF ( humidity )  THEN
1083                         sums_l(nzb,48,tn) = sums_l(nzb,48,tn) +                                      &
1084                                             waterflux_output_conversion(nzb) *                       &
1085                                             surf_usm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)             ! w"q" (w"qv")
1086                         sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                    &
1087                                             ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) ) *                      &
1088                                             surf_usm_h(l)%shf(m) + 0.61_wp * pt(nzb,j,i) *              &
1089                                             surf_usm_h(l)%qsws(m)  )                                    &
1090                                             * heatflux_output_conversion(nzb)
1091                         IF ( cloud_droplets )  THEN
1092                            sums_l(nzb,45,tn) = sums_l(nzb,45,tn) + (                                 &
1093                                                ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzb,j,i) -                     &
1094                                                 ql(nzb,j,i) ) * surf_usm_h(l)%shf(m) +                  &
1095                                                 0.61_wp * pt(nzb,j,i) * surf_usm_h(l)%qsws(m) )         &
1096                                                * heatflux_output_conversion(nzb)
1097                         ENDIF
1098                         IF ( bulk_cloud_model )  THEN
1099!
1100!--                         Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
1101                            sums_l(nzb,51,tn) = sums_l(nzb,51,tn) +                                   &
1102                                                waterflux_output_conversion(nzb) *                    &
1103                                                surf_usm_h(l)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)          ! w"q" (w"qv")
1104                         ENDIF
1105                      ENDIF
1106                      IF ( passive_scalar )  THEN
1107                         sums_l(nzb,117,tn) = sums_l(nzb,117,tn) +                                    &
1108                                              surf_usm_h(l)%ssws(m) * rmask(j,i,sr)            ! w"s"
1109                      ENDIF
1110#endif
1111
1112                   ENDIF
1113                ENDDO
1114             ENDIF
1115
1116#ifndef _OPENACC
1117             IF ( .NOT. neutral )  THEN
1118                IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1119                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
1120                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_def_h(0)%ol(m) * rmask(j,i,sr) ! L
1121                ENDIF
1122                IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1123                   m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
1124                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_lsm_h(0)%ol(m)    * rmask(j,i,sr) ! L
1125                ENDIF
1126                IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1127                   m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
1128                   sums_l(nzb,112,tn) = sums_l(nzb,112,tn) + surf_usm_h(0)%ol(m)    * rmask(j,i,sr) ! L
1129                ENDIF
1130             ENDIF
1131
1132             IF ( radiation )  THEN
1133                IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1134                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
1135                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
1136                                        surf_def_h(0)%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
1137                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
1138                                        surf_def_h(0)%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1139                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
1140                                        surf_def_h(0)%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1141                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
1142                                        surf_def_h(0)%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1143                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
1144                                        surf_def_h(0)%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1145                ENDIF
1146                IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1147                   m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
1148                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
1149                                        surf_lsm_h(0)%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
1150                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
1151                                        surf_lsm_h(0)%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1152                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
1153                                        surf_lsm_h(0)%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1154                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
1155                                        surf_lsm_h(0)%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1156                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
1157                                        surf_lsm_h(0)%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1158                ENDIF
1159                IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1160                   m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
1161                   sums_l(nzb,99,tn)  = sums_l(nzb,99,tn)   +                                      &
1162                                        surf_usm_h(0)%rad_net(m)    * rmask(j,i,sr)
1163                   sums_l(nzb,100,tn) = sums_l(nzb,100,tn)  +                                      &
1164                                        surf_usm_h(0)%rad_lw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1165                   sums_l(nzb,101,tn) = sums_l(nzb,101,tn)  +                                      &
1166                                        surf_usm_h(0)%rad_lw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1167                   sums_l(nzb,102,tn) = sums_l(nzb,102,tn)  +                                      &
1168                                        surf_usm_h(0)%rad_sw_in(m)  * rmask(j,i,sr)
1169                   sums_l(nzb,103,tn) = sums_l(nzb,103,tn)  +                                      &
1170                                        surf_usm_h(0)%rad_sw_out(m) * rmask(j,i,sr)
1171                ENDIF
1172
1173#if defined ( __rrtmg )
1174                IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
1175
1176                   IF ( surf_def_h(0)%end_index(j,i) >= surf_def_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1177                      m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
1178                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
1179                                            surf_def_h(0)%rrtm_aldif(m,0) * rmask(j,i,sr)
1180                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
1181                                           surf_def_h(0)%rrtm_aldir(m,0) * rmask(j,i,sr)
1182                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
1183                                           surf_def_h(0)%rrtm_asdif(m,0) * rmask(j,i,sr)
1184                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
1185                                           surf_def_h(0)%rrtm_asdir(m,0) * rmask(j,i,sr)
1186                   ENDIF
1187                   IF ( surf_lsm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_lsm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1188                      m = surf_lsm_h(0)%start_index(j,i)
1189                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
1190                                            SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                            &
1191                                                 surf_lsm_h(0)%rrtm_aldif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1192                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
1193                                           SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1194                                                surf_lsm_h(0)%rrtm_aldir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1195                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
1196                                           SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1197                                                surf_lsm_h(0)%rrtm_asdif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1198                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
1199                                           SUM( surf_lsm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1200                                                surf_lsm_h(0)%rrtm_asdir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1201                   ENDIF
1202                   IF ( surf_usm_h(0)%end_index(j,i) >= surf_usm_h(0)%start_index(j,i) )  THEN
1203                      m = surf_usm_h(0)%start_index(j,i)
1204                      sums_l(nzb,108,tn)  = sums_l(nzb,108,tn)  +                                  &
1205                                            SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                            &
1206                                                 surf_usm_h(0)%rrtm_aldif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1207                      sums_l(nzb,109,tn) = sums_l(nzb,109,tn)  +                                   &
1208                                           SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1209                                                surf_usm_h(0)%rrtm_aldir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1210                      sums_l(nzb,110,tn) = sums_l(nzb,110,tn)  +                                   &
1211                                           SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1212                                                surf_usm_h(0)%rrtm_asdif(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1213                      sums_l(nzb,111,tn) = sums_l(nzb,111,tn)  +                                   &
1214                                           SUM( surf_usm_h(0)%frac(m,:) *                             &
1215                                                surf_usm_h(0)%rrtm_asdir(m,:) ) * rmask(j,i,sr)
1216                   ENDIF
1217
1218                ENDIF
1219#endif
1220             ENDIF
1221#endif
1222!
1223!--          Subgridscale fluxes at the top surface
1224             IF ( use_top_fluxes )  THEN
1225                m = surf_def_h(2)%start_index(j,i)
1226                !$ACC ATOMIC
1227                sums_l(nzt,12,tn) = sums_l(nzt,12,tn) +                                            &
1228                                    momentumflux_output_conversion(nzt) *                          &
1229                                    surf_def_h(2)%usws(m) * rmask(j,i,sr)    ! w"u"
1230                !$ACC ATOMIC
1231                sums_l(nzt+1,12,tn) = sums_l(nzt+1,12,tn) +                                        &
1232                                      momentumflux_output_conversion(nzt+1) *                      &
1233                                      surf_def_h(2)%usws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"u"
1234                !$ACC ATOMIC
1235                sums_l(nzt,14,tn) = sums_l(nzt,14,tn) +                                            &
1236                                    momentumflux_output_conversion(nzt) *                          &
1237                                    surf_def_h(2)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)    ! w"v"
1238                !$ACC ATOMIC
1239                sums_l(nzt+1,14,tn) = sums_l(nzt+1,14,tn) +                                        &
1240                                      momentumflux_output_conversion(nzt+1) *                      &
1241                                      surf_def_h(2)%vsws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"v"
1242                !$ACC ATOMIC
1243                sums_l(nzt,16,tn) = sums_l(nzt,16,tn) +                                            &
1244                                    heatflux_output_conversion(nzt) *                              &
1245                                    surf_def_h(2)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)    ! w"pt"
1246                !$ACC ATOMIC
1247                sums_l(nzt+1,16,tn) = sums_l(nzt+1,16,tn) +                                        &
1248                                      heatflux_output_conversion(nzt+1) *                          &
1249                                      surf_def_h(2)%shf(m)  * rmask(j,i,sr)  ! w"pt"
1250#if 0
1251                sums_l(nzt:nzt+1,58,tn) = sums_l(nzt:nzt+1,58,tn) +                                &
1252                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)             ! u"pt"
1253                sums_l(nzt:nzt+1,61,tn) = sums_l(nzt:nzt+1,61,tn) +                                &
1254                                          0.0_wp * rmask(j,i,sr)             ! v"pt"
1255#endif
1256#ifndef _OPENACC
1257                IF ( ocean_mode )  THEN
1258                   sums_l(nzt,65,tn) = sums_l(nzt,65,tn) + &
1259                                       surf_def_h(2)%sasws(m) * rmask(j,i,sr)  ! w"sa"
1260                ENDIF
1261                IF ( humidity )  THEN
1262                   sums_l(nzt,48,tn) = sums_l(nzt,48,tn) +                                         &
1263                                       waterflux_output_conversion(nzt) *                          &
1264                                       surf_def_h(2)%qsws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"q" (w"qv")
1265                   sums_l(nzt,45,tn) = sums_l(nzt,45,tn) +   (                                     &
1266                                       ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(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                   IF ( cloud_droplets )  THEN
1272                      sums_l(nzt,45,tn) = sums_l(nzt,45,tn) +    (                                 &
1273                                          ( 1.0_wp + 0.61_wp * q(nzt,j,i) -                        &
1274                                            ql(nzt,j,i) ) *                                        &
1275                                            surf_def_h(2)%shf(m) +                                 &
1276                                           0.61_wp * pt(nzt,j,i) *                                 &
1277                                           surf_def_h(2)%qsws(m) )                                 &
1278                                           * heatflux_output_conversion(nzt)
1279                   ENDIF
1280                   IF ( bulk_cloud_model )  THEN
1281!
1282!--                   Formula does not work if ql(nzb) /= 0.0
1283                      sums_l(nzt,51,tn) = sums_l(nzt,51,tn) +              &  ! w"q" (w"qv")
1284                                          waterflux_output_conversion(nzt) *                       &
1285                                          surf_def_h(2)%qsws(m) * rmask(j,i,sr)
1286                   ENDIF
1287                ENDIF
1288                IF ( passive_scalar )  THEN
1289                   sums_l(nzt,117,tn) = sums_l(nzt,117,tn) +                                       &
1290                                        surf_def_h(2)%ssws(m) * rmask(j,i,sr) ! w"s"
1291                ENDIF
1292#endif
1293             ENDIF
1294
1295!
1296!--          Resolved fluxes (can be computed for all horizontal points)
1297!--          NOTE: for simplicity, nzb_s_inner is used below, although strictly speaking the
1298!--          ----  following k-loop would have to be split up and rearranged according to the
1299!--                staggered grid.
1300             DO  k = nzb, nzt
1301                flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 22 ) )
1302                ust = 0.5_wp * ( u(k,j,i)   - hom(k,1,1,sr) +                                      &
1303                                 u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) )
1304                vst = 0.5_wp * ( v(k,j,i)   - hom(k,1,2,sr) +                                      &
1305                                 v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) )
1306                pts = 0.5_wp * ( pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) +                                     &
1307                                 pt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,4,sr) )
1308!
1309!--             Higher moments
1310                !$ACC ATOMIC
1311                sums_l(k,35,tn) = sums_l(k,35,tn) + pts * w(k,j,i)**2 * rmask(j,i,sr) * flag
1312                !$ACC ATOMIC
1313                sums_l(k,36,tn) = sums_l(k,36,tn) + pts**2 * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1314
1315!
1316!--             Salinity flux and density (density does not belong to here, but so far there is no
1317!--             other suitable place to calculate)
1318#ifndef _OPENACC
1319                IF ( ocean_mode )  THEN
1320                   IF( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 )  THEN
1321                      pts = 0.5_wp * ( sa(k,j,i)   - hom(k,1,23,sr) +                              &
1322                                       sa(k+1,j,i) - hom(k+1,1,23,sr) )
1323                      sums_l(k,66,tn) = sums_l(k,66,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
1324                                        rmask(j,i,sr) * flag
1325                   ENDIF
1326                   sums_l(k,64,tn) = sums_l(k,64,tn) + rho_ocean(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1327                   sums_l(k,71,tn) = sums_l(k,71,tn) + prho(k,j,i)      * rmask(j,i,sr) * flag
1328                ENDIF
1329
1330!
1331!--             Buoyancy flux, water flux, humidity flux, liquid water content, rain drop
1332!--             concentration and rain water content
1333                IF ( humidity )  THEN
1334                   IF ( bulk_cloud_model  .OR.  cloud_droplets )  THEN
1335                      pts = 0.5_wp * ( vpt(k,j,i)   - hom(k,1,44,sr) +                             &
1336                                       vpt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,44,sr) )
1337                      sums_l(k,46,tn) = sums_l(k,46,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
1338                                                          rho_air_zw(k) *                          &
1339                                                          heatflux_output_conversion(k) *          &
1340                                                          rmask(j,i,sr) * flag
1341                      sums_l(k,54,tn) = sums_l(k,54,tn) + ql(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1342
1343                      IF ( .NOT. cloud_droplets )  THEN
1344                         pts = 0.5_wp *                                                            &
1345                               ( ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) -                                        &
1346                               hom(k,1,42,sr) +                                                    &
1347                               ( q(k+1,j,i) - ql(k+1,j,i) ) -                                      &
1348                               hom(k+1,1,42,sr) )
1349                         sums_l(k,52,tn) = sums_l(k,52,tn) + pts * w(k,j,i) *                      &
1350                                             rho_air_zw(k) *                                       &
1351                                             waterflux_output_conversion(k) *                      &
1352                                             rmask(j,i,sr) * flag
1353                         sums_l(k,75,tn) = sums_l(k,75,tn) + qc(k,j,i)  * rmask(j,i,sr) * flag
1354                         sums_l(k,76,tn) = sums_l(k,76,tn) + prr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1355                         IF ( microphysics_morrison )  THEN
1356                            sums_l(k,123,tn) = sums_l(k,123,tn) + nc(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1357                         ENDIF
1358                         IF ( microphysics_ice_phase )  THEN
1359                            sums_l(k,124,tn) = sums_l(k,124,tn) + ni(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1360                            sums_l(k,125,tn) = sums_l(k,125,tn) + qi(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1361                            IF ( graupel  .AND.  snow )  THEN
1362                               sums_l(k,126,tn) = sums_l(k,126,tn) + ng(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1363                               sums_l(k,127,tn) = sums_l(k,127,tn) + qg(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1364                               sums_l(k,128,tn) = sums_l(k,128,tn) + ns(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1365                               sums_l(k,129,tn) = sums_l(k,129,tn) + qs(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1366                            ENDIF
1367                         ENDIF
1368
1369                         IF ( microphysics_seifert )  THEN
1370                            sums_l(k,73,tn) = sums_l(k,73,tn) + nr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1371                            sums_l(k,74,tn) = sums_l(k,74,tn) + qr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1372                         ENDIF
1373                      ENDIF
1374
1375                   ELSE
1376                      IF( .NOT. ws_scheme_sca  .OR.  sr /= 0 )  THEN
1377                         pts = 0.5_wp * ( vpt(k,j,i)   - hom(k,1,44,sr) +                          &
1378                                          vpt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,44,sr) )
1379                         sums_l(k,46,tn) = sums_l(k,46,tn) + pts * w(k,j,i) *                      &
1380                                                             rho_air_zw(k)  *                      &
1381                                                             heatflux_output_conversion(k) *       &
1382                                                             rmask(j,i,sr)  * flag
1383                      ELSE IF ( ws_scheme_sca  .AND.  sr == 0 )  THEN
1384                         sums_l(k,46,tn) = ( ( 1.0_wp + 0.61_wp *                                  &
1385                                               hom(k,1,41,sr) ) *                                  &
1386                                             sums_l(k,17,tn) +                                     &
1387                                             0.61_wp * hom(k,1,4,sr) *                             &
1388                                             sums_l(k,49,tn)                                       &
1389                                           ) * heatflux_output_conversion(k) * flag
1390                      END IF
1391                   END IF
1392                ENDIF
1393!
1394!--             Passive scalar flux
1395                IF ( passive_scalar  .AND.  ( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 ) )  THEN
1396                   pts = 0.5_wp * ( s(k,j,i)   - hom(k,1,115,sr) +                                 &
1397                                    s(k+1,j,i) - hom(k+1,1,115,sr) )
1398                   sums_l(k,114,tn) = sums_l(k,114,tn) + pts * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1399                ENDIF
1400#endif
1401
1402!
1403!--             Energy flux w*e*
1404!--             has to be adjusted
1405                !$ACC ATOMIC
1406                sums_l(k,37,tn) = sums_l(k,37,tn) + w(k,j,i) * 0.5_wp *                            &
1407                                                    ( ust**2 + vst**2 + w(k,j,i)**2 )              &
1408                                                    * rho_air_zw(k)                                &
1409                                                    * momentumflux_output_conversion(k)            &
1410                                                    * rmask(j,i,sr) * flag
1411             ENDDO
1412          ENDDO
1413       ENDDO
1414       !$OMP END PARALLEL
1415
1416       !$ACC UPDATE &
1417       !$ACC HOST(sums_l(:,12,tn), sums_l(:,14,tn), sums_l(:,16,tn)) &
1418       !$ACC HOST(sums_l(:,35,tn), sums_l(:,36,tn), sums_l(:,37,tn))
1419!
1420!--    Treat land-surface quantities according to new wall model structure.
1421       IF ( land_surface )  THEN
1422          tn = 0
1423          !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, m, tn )
1424          !$ tn = omp_get_thread_num()
1425          !$OMP DO
1426          DO  m = 1, surf_lsm_h(0)%ns
1427             i = surf_lsm_h(0)%i(m)
1428             j = surf_lsm_h(0)%j(m)
1429
1430             sums_l(nzb,93,tn)  = sums_l(nzb,93,tn) + surf_lsm_h(0)%ghf(m)       * rmask(j,i,sr)
1431             sums_l(nzb,94,tn)  = sums_l(nzb,94,tn) + surf_lsm_h(0)%qsws_liq(m)  * rmask(j,i,sr)
1432             sums_l(nzb,95,tn)  = sums_l(nzb,95,tn) + surf_lsm_h(0)%qsws_soil(m) * rmask(j,i,sr)
1433             sums_l(nzb,96,tn)  = sums_l(nzb,96,tn) + surf_lsm_h(0)%qsws_veg(m)  * rmask(j,i,sr)
1434             sums_l(nzb,97,tn)  = sums_l(nzb,97,tn) + surf_lsm_h(0)%r_a(m)       * rmask(j,i,sr)
1435             sums_l(nzb,98,tn)  = sums_l(nzb,98,tn) + surf_lsm_h(0)%r_s(m)       * rmask(j,i,sr)
1436          ENDDO
1437          !$OMP END PARALLEL
1438
1439          tn = 0
1440          !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, m, tn )
1441          !$ tn = omp_get_thread_num()
1442          !$OMP DO
1443          DO  m = 1, surf_lsm_h(0)%ns
1444
1445             i = surf_lsm_h(0)%i(m)
1446             j = surf_lsm_h(0)%j(m)
1447             DO  k = nzb_soil, nzt_soil
1448                sums_l(k,89,tn)  = sums_l(k,89,tn)  + t_soil_h(0)%var_2d(k,m) * rmask(j,i,sr)
1449                sums_l(k,91,tn)  = sums_l(k,91,tn)  + m_soil_h(0)%var_2d(k,m) * rmask(j,i,sr)
1450             ENDDO
1451          ENDDO
1452          !$OMP END PARALLEL
1453       ENDIF
1454!
1455!--    For speed optimization fluxes which have been computed in part directly inside the WS
1456!--    advection routines are treated seperatly.
1457!--    Momentum fluxes first:
1458
1459       tn = 0
1460       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn, flag )
1461       !$ tn = omp_get_thread_num()
1462       IF ( .NOT. ws_scheme_mom .OR. sr /= 0  )  THEN
1463          !$OMP DO
1464          DO  i = nxl, nxr
1465             DO  j = nys, nyn
1466                DO  k = nzb, nzt
1467!
1468!--                Flag 23 is used to mask surface fluxes as well as model-top fluxes, which are
1469!--                added further below.
1470                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *        &
1471                          MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
1472
1473                   ust = 0.5_wp * ( u(k,j,i)   - hom(k,1,1,sr) +                                   &
1474                                    u(k+1,j,i) - hom(k+1,1,1,sr) )
1475                   vst = 0.5_wp * ( v(k,j,i)   - hom(k,1,2,sr) +                                   &
1476                                    v(k+1,j,i) - hom(k+1,1,2,sr) )
1477!
1478!--                Momentum flux w*u*
1479                   sums_l(k,13,tn) = sums_l(k,13,tn) + 0.5_wp *                                    &
1480                                                     ( w(k,j,i-1) + w(k,j,i) )                     &
1481                                                     * rho_air_zw(k)                               &
1482                                                     * momentumflux_output_conversion(k)           &
1483                                                     * ust * rmask(j,i,sr)                         &
1484                                                           * flag
1485!
1486!--                Momentum flux w*v*
1487                   sums_l(k,15,tn) = sums_l(k,15,tn) + 0.5_wp * ( w(k,j-1,i) + w(k,j,i) )          &
1488                                                     * rho_air_zw(k)                               &
1489                                                     * momentumflux_output_conversion(k)           &
1490                                                     * vst * rmask(j,i,sr)                         &
1491                                                           * flag
1492                ENDDO
1493             ENDDO
1494          ENDDO
1495
1496       ENDIF
1497       IF ( .NOT. ws_scheme_sca .OR. sr /= 0 )  THEN
1498          !$OMP DO
1499          DO  i = nxl, nxr
1500             DO  j = nys, nyn
1501                DO  k = nzb, nzt
1502                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 23 ) ) *        &
1503                          MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 9  ) )
1504!
1505!--                Vertical heat flux
1506                   sums_l(k,17,tn) = sums_l(k,17,tn) + 0.5_wp *                                    &
1507                                     ( pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) +                               &
1508                                       pt(k+1,j,i) - hom(k+1,1,4,sr) )                             &
1509                                     * rho_air_zw(k)                                               &
1510                                     * heatflux_output_conversion(k)                               &
1511                                     * w(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1512                   IF ( humidity )  THEN
1513                      pts = 0.5_wp * ( q(k,j,i)   - hom(k,1,41,sr) +                               &
1514                                       q(k+1,j,i) - hom(k+1,1,41,sr) )
1515                      sums_l(k,49,tn) = sums_l(k,49,tn) + pts * w(k,j,i) *                         &
1516                                                          rho_air_zw(k)  *                         &
1517                                                          waterflux_output_conversion(k) *         &
1518                                                          rmask(j,i,sr)  * flag
1519                   ENDIF
1520                   IF ( passive_scalar )  THEN
1521                      pts = 0.5_wp * ( s(k,j,i)   - hom(k,1,115,sr) +                              &
1522                                       s(k+1,j,i) - hom(k+1,1,115,sr) )
1523                      sums_l(k,114,tn) = sums_l(k,114,tn) + pts * w(k,j,i) *  rmask(j,i,sr) * flag
1524                   ENDIF
1525                ENDDO
1526             ENDDO
1527          ENDDO
1528
1529       ENDIF
1530
1531!
1532!--    Density at top follows Neumann condition
1533       IF ( ocean_mode )  THEN
1534          sums_l(nzt+1,64,tn) = sums_l(nzt,64,tn)
1535          sums_l(nzt+1,71,tn) = sums_l(nzt,71,tn)
1536       ENDIF
1537
1538!
1539!--    Divergence of vertical flux of resolved scale energy and pressure fluctuations as well as
1540!--    flux of pressure fluctuation itself (68).
1541!--    First calculate the products, then the divergence.
1542!--    Calculation is time consuming. Do it only, if profiles shall be plotted.
1543       IF ( hom(nzb+1,2,55,0) /= 0.0_wp  .OR.  hom(nzb+1,2,68,0) /= 0.0_wp )  THEN
1544          sums_ll = 0.0_wp  ! local array
1545
1546          !$OMP DO
1547          DO  i = nxl, nxr
1548             DO  j = nys, nyn
1549                DO  k = nzb+1, nzt
1550                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
1551
1552                   sums_ll(k,1) = sums_ll(k,1) + 0.5_wp * w(k,j,i) * (                             &
1553                                    ( 0.25_wp * ( u(k,j,i)+u(k+1,j,i)+u(k,j,i+1)+u(k+1,j,i+1) )    &
1554                                              - 0.5_wp * ( hom(k,1,1,sr) + hom(k+1,1,1,sr) ) )**2  &
1555                                  + ( 0.25_wp * ( v(k,j,i)+v(k+1,j,i)+v(k,j+1,i)+v(k+1,j+1,i) )    &
1556                                              - 0.5_wp * ( hom(k,1,2,sr) + hom(k+1,1,2,sr) ) )**2  &
1557                                  + w(k,j,i)**2                      ) * flag * rmask(j,i,sr)
1558
1559                   sums_ll(k,2) = sums_ll(k,2) + 0.5_wp * w(k,j,i)                                 &
1560                                       * ( ( p(k,j,i) + p(k+1,j,i) )                               &
1561                                         / momentumflux_output_conversion(k) )                     &
1562                                       * flag * rmask(j,i,sr)
1563
1564                ENDDO
1565             ENDDO
1566          ENDDO
1567          sums_ll(0,1)     = 0.0_wp    ! because w is zero at the bottom
1568          sums_ll(nzt+1,1) = 0.0_wp
1569          sums_ll(0,2)     = 0.0_wp
1570          sums_ll(nzt+1,2) = 0.0_wp
1571
1572          DO  k = nzb+1, nzt
1573             sums_l(k,55,tn) = ( sums_ll(k,1) - sums_ll(k-1,1) ) * ddzw(k)
1574             sums_l(k,56,tn) = ( sums_ll(k,2) - sums_ll(k-1,2) ) * ddzw(k)
1575             sums_l(k,68,tn) = sums_ll(k,2)
1576          ENDDO
1577          sums_l(nzb,55,tn) = sums_l(nzb+1,55,tn)
1578          sums_l(nzb,56,tn) = sums_l(nzb+1,56,tn)
1579          sums_l(nzb,68,tn) = 0.0_wp    ! because w* = 0 at nzb
1580
1581       ENDIF
1582
1583!
1584!--    Divergence of vertical flux of SGS TKE and the flux itself (69)
1585       IF ( hom(nzb+1,2,57,0) /= 0.0_wp  .OR.  hom(nzb+1,2,69,0) /= 0.0_wp )  THEN
1586          !$OMP DO
1587          DO  i = nxl, nxr
1588             DO  j = nys, nyn
1589                DO  k = nzb+1, nzt
1590
1591                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
1592
1593                   sums_l(k,57,tn) = sums_l(k,57,tn) - 0.5_wp * (                                  &
1594                                       (km(k,j,i)+km(k+1,j,i)) * (e(k+1,j,i)-e(k,j,i)) * ddzu(k+1) &
1595                                     - (km(k-1,j,i)+km(k,j,i)) * (e(k,j,i)-e(k-1,j,i)) * ddzu(k)   &
1596                                                                ) * ddzw(k)                        &
1597                                                                  * flag * rmask(j,i,sr)
1598
1599                   sums_l(k,69,tn) = sums_l(k,69,tn) - 0.5_wp * (                                  &
1600                                        ( km(k,j,i) + km(k+1,j,i) ) *                              &
1601                                        ( e(k+1,j,i) - e(k,j,i) ) * ddzu(k+1)                      &
1602                                                                ) * flag * rmask(j,i,sr)
1603
1604                ENDDO
1605             ENDDO
1606          ENDDO
1607          sums_l(nzb,57,tn) = sums_l(nzb+1,57,tn)
1608          sums_l(nzb,69,tn) = sums_l(nzb+1,69,tn)
1609
1610       ENDIF
1611
1612!
1613!--    Horizontal heat fluxes (subgrid, resolved, total).
1614!--    Do it only, if profiles shall be plotted.
1615       IF ( hom(nzb+1,2,58,0) /= 0.0_wp ) THEN
1616
1617          !$OMP DO
1618          DO  i = nxl, nxr
1619             DO  j = nys, nyn
1620                DO  k = nzb+1, nzt
1621                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
1622!
1623!--                Subgrid horizontal heat fluxes u"pt", v"pt"
1624                   sums_l(k,58,tn) = sums_l(k,58,tn) - 0.5_wp *                                    &
1625                                                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j,i-1) )                &
1626                                                      * ( pt(k,j,i-1) - pt(k,j,i) )                &
1627                                                      * rho_air_zw(k)                              &
1628                                                      * heatflux_output_conversion(k)              &
1629                                                      * ddx * rmask(j,i,sr) * flag
1630                   sums_l(k,61,tn) = sums_l(k,61,tn) - 0.5_wp *                                    &
1631                                                        ( kh(k,j,i) + kh(k,j-1,i) )                &
1632                                                      * ( pt(k,j-1,i) - pt(k,j,i) )                &
1633                                                      * rho_air_zw(k)                              &
1634                                                      * heatflux_output_conversion(k)              &
1635                                                      * ddy * rmask(j,i,sr) * flag
1636!
1637!--                Resolved horizontal heat fluxes u*pt*, v*pt*
1638                   sums_l(k,59,tn) = sums_l(k,59,tn) +              ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,sr) )   &
1639                                                      * 0.5_wp * ( pt(k,j,i-1) - hom(k,1,4,sr) +   &
1640                                                                   pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )   &
1641                                                                 * heatflux_output_conversion(k)   &
1642                                                                 * flag
1643                   pts = 0.5_wp * ( pt(k,j-1,i) - hom(k,1,4,sr) +                                  &
1644                                    pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )
1645                   sums_l(k,62,tn) = sums_l(k,62,tn) +              ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,sr) )   &
1646                                                      * 0.5_wp * ( pt(k,j-1,i) - hom(k,1,4,sr) +   &
1647                                                                   pt(k,j,i)   - hom(k,1,4,sr) )   &
1648                                                                 * heatflux_output_conversion(k)   &
1649                                                                 * flag
1650                ENDDO
1651             ENDDO
1652          ENDDO
1653!
1654!--       Fluxes at the surface must be zero (e.g. due to the Prandtl-layer)
1655          sums_l(nzb,58,tn) = 0.0_wp
1656          sums_l(nzb,59,tn) = 0.0_wp
1657          sums_l(nzb,60,tn) = 0.0_wp
1658          sums_l(nzb,61,tn) = 0.0_wp
1659          sums_l(nzb,62,tn) = 0.0_wp
1660          sums_l(nzb,63,tn) = 0.0_wp
1661
1662       ENDIF
1663       !$OMP END PARALLEL
1664
1665!
1666!--    Collect current large scale advection and subsidence tendencies for
1667!--    data output
1668       IF ( large_scale_forcing  .AND.  ( simulated_time > 0.0_wp ) )  THEN
1669!
1670!--       Interpolation in time of LSF_DATA
1671          nt = 1
1672          DO WHILE ( simulated_time - dt_3d > time_vert(nt) )
1673             nt = nt + 1
1674          ENDDO
1675          IF ( simulated_time - dt_3d /= time_vert(nt) )  THEN
1676            nt = nt - 1
1677          ENDIF
1678
1679          fac = ( simulated_time - dt_3d - time_vert(nt) ) / ( time_vert(nt+1)-time_vert(nt) )
1680
1681
1682          DO  k = nzb, nzt
1683             sums_ls_l(k,0) = td_lsa_lpt(k,nt) + fac * ( td_lsa_lpt(k,nt+1) - td_lsa_lpt(k,nt) )
1684             sums_ls_l(k,1) = td_lsa_q(k,nt)   + fac * ( td_lsa_q(k,nt+1)   - td_lsa_q(k,nt) )
1685          ENDDO
1686
1687          sums_ls_l(nzt+1,0) = sums_ls_l(nzt,0)
1688          sums_ls_l(nzt+1,1) = sums_ls_l(nzt,1)
1689
1690          IF ( large_scale_subsidence  .AND.  use_subsidence_tendencies )  THEN
1691
1692             DO  k = nzb, nzt
1693                sums_ls_l(k,2) = td_sub_lpt(k,nt) + fac * ( td_sub_lpt(k,nt+1) - td_sub_lpt(k,nt) )
1694                sums_ls_l(k,3) = td_sub_q(k,nt)   + fac * ( td_sub_q(k,nt+1)   - td_sub_q(k,nt) )
1695             ENDDO
1696
1697             sums_ls_l(nzt+1,2) = sums_ls_l(nzt,2)
1698             sums_ls_l(nzt+1,3) = sums_ls_l(nzt,3)
1699
1700          ENDIF
1701
1702       ENDIF
1703
1704       tn = 0
1705       !$OMP PARALLEL PRIVATE( i, j, k, tn )
1706       !$ tn = omp_get_thread_num()
1707       IF ( radiation  .AND.  radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
1708          !$OMP DO
1709          DO  i = nxl, nxr
1710             DO  j =  nys, nyn
1711                DO  k = nzb+1, nzt+1
1712                   flag = MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 ) )
1713
1714                   sums_l(k,100,tn)  = sums_l(k,100,tn) + rad_lw_in(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1715                   sums_l(k,101,tn)  = sums_l(k,101,tn) + rad_lw_out(k,j,i)   * rmask(j,i,sr) * flag
1716                   sums_l(k,102,tn)  = sums_l(k,102,tn) + rad_sw_in(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1717                   sums_l(k,103,tn)  = sums_l(k,103,tn) + rad_sw_out(k,j,i)   * rmask(j,i,sr) * flag
1718                   sums_l(k,104,tn)  = sums_l(k,104,tn) + rad_lw_cs_hr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1719                   sums_l(k,105,tn)  = sums_l(k,105,tn) + rad_lw_hr(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1720                   sums_l(k,106,tn)  = sums_l(k,106,tn) + rad_sw_cs_hr(k,j,i) * rmask(j,i,sr) * flag
1721                   sums_l(k,107,tn)  = sums_l(k,107,tn) + rad_sw_hr(k,j,i)    * rmask(j,i,sr) * flag
1722                ENDDO
1723             ENDDO
1724          ENDDO
1725       ENDIF
1726
1727!
1728!--    Calculate the profiles for all other modules
1729       CALL module_interface_statistics( 'profiles', sr, tn, dots_max )
1730       !$OMP END PARALLEL
1731
1732!
1733!--    Summation of thread sums
1734       IF ( threads_per_task > 1 )  THEN
1735          DO  i = 1, threads_per_task-1
1736             sums_l(:,3,0)          = sums_l(:,3,0) + sums_l(:,3,i)
1737             sums_l(:,4:40,0)       = sums_l(:,4:40,0) + sums_l(:,4:40,i)
1738             sums_l(:,45:pr_palm,0) = sums_l(:,45:pr_palm,0) + &
1739                                      sums_l(:,45:pr_palm,i)
1740             IF ( max_pr_user > 0 )  THEN
1741                sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,0) =                                        &
1742                                                       sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,0) + &
1743                                                       sums_l(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,i)
1744             ENDIF
1745
1746             IF ( air_chemistry )  THEN
1747                IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
1748                     sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+ max_pr_cs,0) =          &
1749                               sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs,0) + &
1750                               sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs,i)
1751
1752                ENDIF
1753             ENDIF
1754             IF ( salsa )  THEN
1755                IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
1756                   sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,0) =    &
1757                      sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,0) + &
1758                      sums_l(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa,i)
1759
1760                ENDIF
1761             ENDIF
1762          ENDDO
1763       ENDIF
1764
1765#if defined( __parallel )
1766
1767!
1768!--    Compute total sum from local sums
1769       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1770       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,1,0), sums(nzb,1), ngp_sums, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1771       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1772          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_ls_l(nzb,2), sums(nzb,83), ngp_sums_ls, MPI_REAL, MPI_SUM,      &
1773                              comm2d, ierr )
1774       ENDIF
1775
1776       IF ( air_chemistry  .AND.  max_pr_cs > 0 )  THEN
1777          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1778          DO  i = 1, max_pr_cs
1779             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,pr_palm+max_pr_user+i,0),                              &
1780                                 sums(nzb,pr_palm+max_pr_user+i),                                  &
1781                                 nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1782          ENDDO
1783       ENDIF
1784
1785       IF ( salsa  .AND.  max_pr_salsa > 0 )  THEN
1786          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1787          DO  i = 1, max_pr_salsa
1788             CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+i,0),                    &
1789                                 sums(nzb,pr_palm+max_pr_user+max_pr_user+i),                      &
1790                                 nzt+2-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1791          ENDDO
1792       ENDIF
1793
1794#else
1795       sums = sums_l(:,:,0)
1796       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1797          sums(:,81:88) = sums_ls_l
1798       ENDIF
1799#endif
1800
1801!
1802!--    Final values are obtained by division by the total number of grid points used for summation.
1803!--    After that store profiles.
1804!--    Check, if statistical regions do contain at least one grid point at the respective k-level,
1805!--    otherwise division by zero will lead to undefined values, which may cause e.g. problems with
1806!--    NetCDF output.
1807!--    Profiles:
1808       DO  k = nzb, nzt+1
1809          sums(k,3)             = sums(k,3)             / ngp_2dh(sr)
1810          sums(k,12:22)         = sums(k,12:22)         / ngp_2dh(sr)
1811          sums(k,30:32)         = sums(k,30:32)         / ngp_2dh(sr)
1812          sums(k,35:39)         = sums(k,35:39)         / ngp_2dh(sr)
1813          sums(k,45:53)         = sums(k,45:53)         / ngp_2dh(sr)
1814          sums(k,55:63)         = sums(k,55:63)         / ngp_2dh(sr)
1815          sums(k,81:88)         = sums(k,81:88)         / ngp_2dh(sr)
1816
1817          IF ( land_surface  .AND.  surf_lsm_h(0)%ns_tot > 0 )  THEN
1818             sums(k,89:98) = sums(k,89:98)              / surf_lsm_h(0)%ns_tot
1819          ENDIF
1820
1821          sums(k,99:112)        = sums(k,99:112)        / ngp_2dh(sr)
1822          sums(k,114)           = sums(k,114)           / ngp_2dh(sr)
1823          sums(k,117)           = sums(k,117)           / ngp_2dh(sr)
1824          IF ( ngp_2dh_s_inner(k,sr) /= 0 )  THEN
1825             sums(k,8:11)          = sums(k,8:11)          / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1826             sums(k,23:29)         = sums(k,23:29)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1827             sums(k,33:34)         = sums(k,33:34)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1828             sums(k,40)            = sums(k,40)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1829             sums(k,54)            = sums(k,54)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1830             sums(k,64)            = sums(k,64)            / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1831             sums(k,70:80)         = sums(k,70:80)         / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1832             sums(k,116)           = sums(k,116)           / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1833             sums(k,118:pr_palm-2) = sums(k,118:pr_palm-2) / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1834             sums(k,123:129)       = sums(k,123:129) * ngp_2dh_s_inner(k,sr)  / ngp_2dh(sr)
1835          ENDIF
1836       ENDDO
1837
1838!--    u* and so on
1839!--    As sums(nzb:nzb+3,pr_palm) are full 2D arrays (us, usws, vsws, ts) whose size is always
1840!--    ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), defined at the first grid layer above the topography, they are
1841!--    divided by ngp_2dh(sr)
1842       sums(nzb:nzb+3,pr_palm)    = sums(nzb:nzb+3,pr_palm)  /  ngp_2dh(sr)
1843       sums(nzb+12,pr_palm)       = sums(nzb+12,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! qs
1844       sums(nzb+13,pr_palm)       = sums(nzb+13,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! ss
1845       sums(nzb+14,pr_palm)       = sums(nzb+14,pr_palm)     /  ngp_2dh(sr)    ! surface temperature
1846
1847!--    eges, e*
1848       sums(nzb+4:nzb+5,pr_palm)  = sums(nzb+4:nzb+5,pr_palm)  /  ngp_3d(sr)
1849!--    Old and new divergence
1850       sums(nzb+9:nzb+10,pr_palm) = sums(nzb+9:nzb+10,pr_palm) /  ngp_3d_inner(sr)
1851
1852!--    User-defined profiles
1853       IF ( max_pr_user > 0 )  THEN
1854          DO  k = nzb, nzt+1
1855             sums(k,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user) =  sums(k,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user) /      &
1856                                                      ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1857          ENDDO
1858       ENDIF
1859
1860       IF ( air_chemistry )  THEN
1861          IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN
1862             DO k = nzb, nzt+1
1863                sums(k, pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs) =                                 &
1864                                                sums(k, pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs) / &
1865                                                ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1866             ENDDO
1867          ENDIF
1868       ENDIF
1869
1870       IF ( salsa )  THEN
1871          IF ( max_pr_salsa > 0 )  THEN
1872             DO k = nzb, nzt+1
1873                sums(k,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa) = &
1874                  sums(k,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa) &
1875                  / ngp_2dh_s_inner(k,sr)
1876             ENDDO
1877          ENDIF
1878       ENDIF
1879
1880!
1881!--    Collect horizontal average in hom.
1882!--    Compute deduced averages (e.g. total heat flux)
1883       hom(:,1,3,sr)  = sums(:,3)      ! w
1884       hom(:,1,8,sr)  = sums(:,8)      ! e     profiles 5-7 are initial profiles
1885       hom(:,1,9,sr)  = sums(:,9)      ! km
1886       hom(:,1,10,sr) = sums(:,10)     ! kh
1887       hom(:,1,11,sr) = sums(:,11)     ! l
1888       hom(:,1,12,sr) = sums(:,12)     ! w"u"
1889       hom(:,1,13,sr) = sums(:,13)     ! w*u*
1890       hom(:,1,14,sr) = sums(:,14)     ! w"v"
1891       hom(:,1,15,sr) = sums(:,15)     ! w*v*
1892       hom(:,1,16,sr) = sums(:,16)     ! w"pt"
1893       hom(:,1,17,sr) = sums(:,17)     ! w*pt*
1894       hom(:,1,18,sr) = sums(:,16) + sums(:,17)    ! wpt
1895       hom(:,1,19,sr) = sums(:,12) + sums(:,13)    ! wu
1896       hom(:,1,20,sr) = sums(:,14) + sums(:,15)    ! wv
1897       hom(:,1,21,sr) = sums(:,21)     ! w*pt*BC
1898       hom(:,1,22,sr) = sums(:,16) + sums(:,21)    ! wptBC
1899                                       ! profile 24 is initial profile (sa)
1900                                       ! profiles 25-29 left empty for initial
1901                                       ! profiles
1902       hom(:,1,30,sr) = sums(:,30)     ! u*2
1903       hom(:,1,31,sr) = sums(:,31)     ! v*2
1904       hom(:,1,32,sr) = sums(:,32)     ! w*2
1905       hom(:,1,33,sr) = sums(:,33)     ! pt*2
1906       hom(:,1,34,sr) = sums(:,34)     ! e*
1907       hom(:,1,35,sr) = sums(:,35)     ! w*2pt*
1908       hom(:,1,36,sr) = sums(:,36)     ! w*pt*2
1909       hom(:,1,37,sr) = sums(:,37)     ! w*e*
1910       hom(:,1,38,sr) = sums(:,38)     ! w*3
1911       hom(:,1,39,sr) = sums(:,38) / ( ABS( sums(:,32) ) + 1E-20_wp )**1.5_wp   ! Sw
1912       hom(:,1,40,sr) = sums(:,40)     ! p
1913       hom(:,1,45,sr) = sums(:,45)     ! w"vpt"
1914       hom(:,1,46,sr) = sums(:,46)     ! w*vpt*
1915       hom(:,1,47,sr) = sums(:,45) + sums(:,46)    ! wvpt
1916       hom(:,1,48,sr) = sums(:,48)     ! w"q" (w"qv")
1917       hom(:,1,49,sr) = sums(:,49)     ! w*q* (w*qv*)
1918       hom(:,1,50,sr) = sums(:,48) + sums(:,49)    ! wq (wqv)
1919       hom(:,1,51,sr) = sums(:,51)     ! w"qv"
1920       hom(:,1,52,sr) = sums(:,52)     ! w*qv*
1921       hom(:,1,53,sr) = sums(:,52) + sums(:,51)    ! wq (wqv)
1922       hom(:,1,54,sr) = sums(:,54)     ! ql
1923       hom(:,1,55,sr) = sums(:,55)     ! w*u*u*/dz
1924       hom(:,1,56,sr) = sums(:,56)     ! w*p*/dz
1925       hom(:,1,57,sr) = sums(:,57)     ! ( w"e + w"p"/rho_ocean )/dz
1926       hom(:,1,58,sr) = sums(:,58)     ! u"pt"
1927       hom(:,1,59,sr) = sums(:,59)     ! u*pt*
1928       hom(:,1,60,sr) = sums(:,58) + sums(:,59)    ! upt_t
1929       hom(:,1,61,sr) = sums(:,61)     ! v"pt"
1930       hom(:,1,62,sr) = sums(:,62)     ! v*pt*
1931       hom(:,1,63,sr) = sums(:,61) + sums(:,62)    ! vpt_t
1932       hom(:,1,64,sr) = sums(:,64)     ! rho_ocean
1933       hom(:,1,65,sr) = sums(:,65)     ! w"sa"
1934       hom(:,1,66,sr) = sums(:,66)     ! w*sa*
1935       hom(:,1,67,sr) = sums(:,65) + sums(:,66)    ! wsa
1936       hom(:,1,68,sr) = sums(:,68)     ! w*p*
1937       hom(:,1,69,sr) = sums(:,69)     ! w"e + w"p"/rho_ocean
1938       hom(:,1,70,sr) = sums(:,70)     ! q*2
1939       hom(:,1,71,sr) = sums(:,71)     ! prho
1940       hom(:,1,72,sr) = hyp * 1E-2_wp  ! hyp in hPa
1941       hom(:,1,123,sr) = sums(:,123)   ! nc
1942       hom(:,1,124,sr) = sums(:,124)   ! ni
1943       hom(:,1,125,sr) = sums(:,125)   ! qi
1944       hom(:,1,126,sr) = sums(:,126)   ! ng
1945       hom(:,1,127,sr) = sums(:,127)   ! qg
1946       hom(:,1,128,sr) = sums(:,128)   ! ns
1947       hom(:,1,129,sr) = sums(:,129)   ! qs
1948       hom(:,1,73,sr) = sums(:,73)     ! nr
1949       hom(:,1,74,sr) = sums(:,74)     ! qr
1950       hom(:,1,75,sr) = sums(:,75)     ! qc
1951       hom(:,1,76,sr) = sums(:,76)     ! prr (precipitation rate)
1952                                       ! 77 is initial density profile
1953       hom(:,1,78,sr) = ug             ! ug
1954       hom(:,1,79,sr) = vg             ! vg
1955       hom(:,1,80,sr) = w_subs         ! w_subs
1956
1957       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1958          hom(:,1,81,sr) = sums_ls_l(:,0)          ! td_lsa_lpt
1959          hom(:,1,82,sr) = sums_ls_l(:,1)          ! td_lsa_q
1960          IF ( use_subsidence_tendencies )  THEN
1961             hom(:,1,83,sr) = sums_ls_l(:,2)       ! td_sub_lpt
1962             hom(:,1,84,sr) = sums_ls_l(:,3)       ! td_sub_q
1963          ELSE
1964             hom(:,1,83,sr) = sums(:,83)           ! td_sub_lpt
1965             hom(:,1,84,sr) = sums(:,84)           ! td_sub_q
1966          ENDIF
1967          hom(:,1,85,sr) = sums(:,85)              ! td_nud_lpt
1968          hom(:,1,86,sr) = sums(:,86)              ! td_nud_q
1969          hom(:,1,87,sr) = sums(:,87)              ! td_nud_u
1970          hom(:,1,88,sr) = sums(:,88)              ! td_nud_v
1971       ENDIF
1972
1973       IF ( land_surface )  THEN
1974          hom(:,1,89,sr) = sums(:,89)              ! t_soil
1975                                                   ! 90 is initial t_soil profile
1976          hom(:,1,91,sr) = sums(:,91)              ! m_soil
1977                                                   ! 92 is initial m_soil profile
1978          hom(:,1,93,sr)  = sums(:,93)             ! ghf
1979          hom(:,1,94,sr)  = sums(:,94)             ! qsws_liq
1980          hom(:,1,95,sr)  = sums(:,95)             ! qsws_soil
1981          hom(:,1,96,sr)  = sums(:,96)             ! qsws_veg
1982          hom(:,1,97,sr)  = sums(:,97)             ! r_a
1983          hom(:,1,98,sr)  = sums(:,98)             ! r_s
1984
1985       ENDIF
1986
1987       IF ( radiation )  THEN
1988          hom(:,1,99,sr) = sums(:,99)            ! rad_net
1989          hom(:,1,100,sr) = sums(:,100)            ! rad_lw_in
1990          hom(:,1,101,sr) = sums(:,101)            ! rad_lw_out
1991          hom(:,1,102,sr) = sums(:,102)            ! rad_sw_in
1992          hom(:,1,103,sr) = sums(:,103)            ! rad_sw_out
1993
1994          IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
1995             hom(:,1,104,sr) = sums(:,104)            ! rad_lw_cs_hr
1996             hom(:,1,105,sr) = sums(:,105)            ! rad_lw_hr
1997             hom(:,1,106,sr) = sums(:,106)            ! rad_sw_cs_hr
1998             hom(:,1,107,sr) = sums(:,107)            ! rad_sw_hr
1999
2000             hom(:,1,108,sr) = sums(:,108)            ! rrtm_aldif
2001             hom(:,1,109,sr) = sums(:,109)            ! rrtm_aldir
2002             hom(:,1,110,sr) = sums(:,110)            ! rrtm_asdif
2003             hom(:,1,111,sr) = sums(:,111)            ! rrtm_asdir
2004          ENDIF
2005       ENDIF
2006
2007       hom(:,1,112,sr) = sums(:,112)            !: L
2008
2009       IF ( passive_scalar )  THEN
2010          hom(:,1,117,sr) = sums(:,117)     ! w"s"
2011          hom(:,1,114,sr) = sums(:,114)     ! w*s*
2012          hom(:,1,118,sr) = sums(:,117) + sums(:,114)    ! ws
2013          hom(:,1,116,sr) = sums(:,116)     ! s*2
2014       ENDIF
2015
2016       hom(:,1,119,sr) = rho_air       ! rho_air in Kg/m^3
2017       hom(:,1,120,sr) = rho_air_zw    ! rho_air_zw in Kg/m^3
2018
2019       IF ( kolmogorov_length_scale )  THEN
2020          hom(:,1,121,sr) = sums(:,121) * 1E3_wp  ! eta in mm
2021       ENDIF
2022
2023
2024       hom(:,1,pr_palm,sr) =   sums(:,pr_palm)
2025                                       ! u*, w'u', w'v', t* (in last profile)
2026
2027       IF ( max_pr_user > 0 )  THEN    ! user-defined profiles
2028          hom(:,1,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user,sr) = &
2029                               sums(:,pr_palm+1:pr_palm+max_pr_user)
2030       ENDIF
2031
2032       IF ( air_chemistry )  THEN
2033          IF ( max_pr_cs > 0 )  THEN    ! chem_spcs profiles
2034             hom(:, 1, pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm + max_pr_user+max_pr_cs, sr) = &
2035                               sums(:, pr_palm+max_pr_user+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs)
2036          ENDIF
2037       ENDIF
2038
2039       IF ( salsa )  THEN
2040          IF ( max_pr_salsa > 0 )  THEN    ! salsa profiles
2041             hom(:,1,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa, sr) = &
2042                  sums(:,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+1:pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs+max_pr_salsa)
2043          ENDIF
2044       ENDIF
2045!
2046!--    Determine the boundary layer height using two different schemes.
2047!--    First scheme: Starting from the Earth's (Ocean's) surface, look for the first relative
2048!--    minimum (maximum) of the total heat flux.
2049!--    The corresponding height is assumed as the boundary layer height, if it is less than 1.5
2050!--    times the height where the heat flux becomes negative (positive) for the first time.
2051!--    Attention: the resolved vertical sensible heat flux (hom(:,1,17,sr) = w*pt*) is not known at
2052!--    the beginning because the calculation happens in advec_s_ws which is called after
2053!--    flow_statistics. Therefore z_i is directly taken from restart data at the beginning of
2054!--    restart runs.
2055       IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .OR.                              &
2056            simulated_time_at_begin /= simulated_time ) THEN
2057
2058          z_i(1) = 0.0_wp
2059          first = .TRUE.
2060
2061          IF ( ocean_mode )  THEN
2062             DO  k = nzt, nzb+1, -1
2063                IF ( first  .AND.  hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp )  THEN
2064                   first = .FALSE.
2065                   height = zw(k)
2066                ENDIF
2067                IF ( hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp  .AND.  hom(k-1,1,18,sr) > hom(k,1,18,sr) )  THEN
2068                   IF ( zw(k) < 1.5_wp * height )  THEN
2069                      z_i(1) = zw(k)
2070                   ELSE
2071                      z_i(1) = height
2072                   ENDIF
2073                   EXIT
2074                ENDIF
2075             ENDDO
2076          ELSE
2077             DO  k = nzb, nzt-1
2078                IF ( first  .AND.  hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp )  THEN
2079                   first = .FALSE.
2080                   height = zw(k)
2081                ENDIF
2082                IF ( hom(k,1,18,sr) < -1.0E-8_wp  .AND.  hom(k+1,1,18,sr) > hom(k,1,18,sr) )  THEN
2083                   IF ( zw(k) < 1.5_wp * height )  THEN
2084                      z_i(1) = zw(k)
2085                   ELSE
2086                      z_i(1) = height
2087                   ENDIF
2088                   EXIT
2089                ENDIF
2090             ENDDO
2091          ENDIF
2092
2093!
2094!--       Second scheme: Gradient scheme from Sullivan et al. (1998), modified by Uhlenbrock(2006).
2095!--       The boundary layer height is the height with the maximal local temperature gradient:
2096!--       starting from the second (the last but one) vertical gridpoint, the local gradient must be
2097!--       at least 0.2K/100m and greater than the next four gradients.
2098!--       WARNING: The threshold value of 0.2K/100m must be adjusted for the
2099!--       ocean case!
2100          z_i(2) = 0.0_wp
2101          DO  k = nzb+1, nzt+1
2102             dptdz(k) = ( hom(k,1,4,sr) - hom(k-1,1,4,sr) ) * ddzu(k)
2103          ENDDO
2104          dptdz_threshold = 0.2_wp / 100.0_wp
2105
2106          IF ( ocean_mode )  THEN
2107             DO  k = nzt+1, nzb+5, -1
2108                IF ( dptdz(k) > dptdz_threshold  .AND.                                             &
2109                     dptdz(k) > dptdz(k-1)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k-2)  .AND.                    &
2110                     dptdz(k) > dptdz(k-3)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k-4) )  THEN
2111                   z_i(2) = zw(k-1)
2112                   EXIT
2113                ENDIF
2114             ENDDO
2115          ELSE
2116             DO  k = nzb+1, nzt-3
2117                IF ( dptdz(k) > dptdz_threshold  .AND.                                             &
2118                     dptdz(k) > dptdz(k+1)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k+2)  .AND.                    &
2119                     dptdz(k) > dptdz(k+3)  .AND.  dptdz(k) > dptdz(k+4) )  THEN
2120                   z_i(2) = zw(k-1)
2121                   EXIT
2122                ENDIF
2123             ENDDO
2124          ENDIF
2125
2126       ENDIF
2127
2128       hom(nzb+6,1,pr_palm,sr) = z_i(1)
2129       hom(nzb+7,1,pr_palm,sr) = z_i(2)
2130
2131!
2132!--    Determine vertical index which is nearest to the mean surface level height of the respective
2133!--    statistic region
2134       DO  k = nzb, nzt
2135          IF ( zw(k) >= mean_surface_level_height(sr) )  THEN
2136             k_surface_level = k
2137             EXIT
2138          ENDIF
2139       ENDDO
2140
2141!
2142!--    Computation of both the characteristic vertical velocity and the characteristic convective
2143!--    boundary layer temperature.
2144!--    The inversion height entering into the equation is defined with respect to the mean surface
2145!--    level height of the respective statistic region.
2146!--    The horizontal average at surface level index + 1 is input for the average temperature.
2147       IF ( hom(k_surface_level,1,18,sr) > 1.0E-8_wp  .AND.  z_i(1) /= 0.0_wp )  THEN
2148          hom(nzb+8,1,pr_palm,sr) =                                                                &
2149                                   ( g / hom(k_surface_level+1,1,4,sr) *                           &
2150                                   ( hom(k_surface_level,1,18,sr) /                                &
2151                                   ( heatflux_output_conversion(nzb) * rho_air(nzb) ) )            &
2152                                   * ABS( z_i(1) - mean_surface_level_height(sr) ) )**0.333333333_wp
2153       ELSE
2154          hom(nzb+8,1,pr_palm,sr)  = 0.0_wp
2155       ENDIF
2156
2157!
2158!--    Collect the time series quantities. Please note, timeseries quantities which are collected
2159!--    from horizontally averaged profiles, e.g. wpt or pt(zp), are treated specially. In case of
2160!--    elevated model surfaces, index nzb+1 might be within topography and data will be zero.
2161!--    Therefore, take value for the first atmosphere index, which is topo_min_level+1.
2162       ts_value(1,sr) = hom(nzb+4,1,pr_palm,sr)        ! E
2163       ts_value(2,sr) = hom(nzb+5,1,pr_palm,sr)        ! E*
2164       ts_value(3,sr) = dt_3d
2165       ts_value(4,sr) = hom(nzb,1,pr_palm,sr)          ! u*
2166       ts_value(5,sr) = hom(nzb+3,1,pr_palm,sr)        ! th*
2167       ts_value(6,sr) = u_max
2168       ts_value(7,sr) = v_max
2169       ts_value(8,sr) = w_max
2170       ts_value(9,sr) = hom(nzb+10,1,pr_palm,sr)       ! new divergence
2171       ts_value(10,sr) = hom(nzb+9,1,pr_palm,sr)       ! old Divergence
2172       ts_value(11,sr) = hom(nzb+6,1,pr_palm,sr)       ! z_i(1)
2173       ts_value(12,sr) = hom(nzb+7,1,pr_palm,sr)       ! z_i(2)
2174       ts_value(13,sr) = hom(nzb+8,1,pr_palm,sr)       ! w*
2175       ts_value(14,sr) = hom(nzb,1,16,sr)              ! w'pt'   at k=0
2176       ts_value(15,sr) = hom(topo_min_level+1,1,16,sr) ! w'pt'   at k=1
2177       ts_value(16,sr) = hom(topo_min_level+1,1,18,sr) ! wpt     at k=1
2178       ts_value(17,sr) = hom(nzb+14,1,pr_palm,sr)      ! pt(0)
2179       ts_value(18,sr) = hom(topo_min_level+1,1,4,sr)  ! pt(zp)
2180       ts_value(19,sr) = hom(nzb+1,1,pr_palm,sr)       ! u'w'    at k=0
2181       ts_value(20,sr) = hom(nzb+2,1,pr_palm,sr)       ! v'w'    at k=0
2182       ts_value(21,sr) = hom(nzb,1,48,sr)              ! w"q"    at k=0
2183
2184       IF ( .NOT. neutral )  THEN
2185          ts_value(22,sr) = hom(nzb,1,112,sr)          ! L
2186       ELSE
2187          ts_value(22,sr) = 1.0E10_wp
2188       ENDIF
2189
2190       ts_value(23,sr) = hom(nzb+12,1,pr_palm,sr)   ! q*
2191
2192       IF ( passive_scalar )  THEN
2193          ts_value(24,sr) = hom(nzb+13,1,117,sr)       ! w"s" ( to do ! )
2194          ts_value(25,sr) = hom(nzb+13,1,pr_palm,sr)   ! s*
2195       ENDIF
2196
2197!
2198!--    Collect land surface model timeseries
2199       IF ( land_surface )  THEN
2200          ts_value(dots_soil  ,sr) = hom(nzb,1,93,sr)           ! ghf
2201          ts_value(dots_soil+1,sr) = hom(nzb,1,94,sr)           ! qsws_liq
2202          ts_value(dots_soil+2,sr) = hom(nzb,1,95,sr)           ! qsws_soil
2203          ts_value(dots_soil+3,sr) = hom(nzb,1,96,sr)           ! qsws_veg
2204          ts_value(dots_soil+4,sr) = hom(nzb,1,97,sr)           ! r_a
2205          ts_value(dots_soil+5,sr) = hom(nzb,1,98,sr)           ! r_s
2206       ENDIF
2207!
2208!--    Collect radiation model timeseries
2209       IF ( radiation )  THEN
2210          ts_value(dots_rad,sr)   = hom(nzb,1,99,sr)           ! rad_net
2211          ts_value(dots_rad+1,sr) = hom(nzb,1,100,sr)          ! rad_lw_in
2212          ts_value(dots_rad+2,sr) = hom(nzb,1,101,sr)          ! rad_lw_out
2213          ts_value(dots_rad+3,sr) = hom(nzb,1,102,sr)          ! rad_sw_in
2214          ts_value(dots_rad+4,sr) = hom(nzb,1,103,sr)          ! rad_sw_out
2215
2216          IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
2217             ts_value(dots_rad+5,sr) = hom(nzb,1,108,sr)          ! rrtm_aldif
2218             ts_value(dots_rad+6,sr) = hom(nzb,1,109,sr)          ! rrtm_aldir
2219             ts_value(dots_rad+7,sr) = hom(nzb,1,110,sr)          ! rrtm_asdif
2220             ts_value(dots_rad+8,sr) = hom(nzb,1,111,sr)          ! rrtm_asdir
2221          ENDIF
2222
2223       ENDIF
2224
2225!
2226!--    Calculate additional statistics provided by other modules
2227       CALL module_interface_statistics( 'time_series', sr, 0, dots_max )
2228
2229    ENDDO    ! loop of the subregions
2230
2231!
2232!-- If required, sum up horizontal averages for subsequent time averaging.
2233!-- Do not sum, if flow statistics is called before the first initial time step.
2234    IF ( do_sum  .AND.  simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
2235       IF ( average_count_pr == 0 )  hom_sum = 0.0_wp
2236       hom_sum = hom_sum + hom(:,1,:,:)
2237       average_count_pr = average_count_pr + 1
2238       do_sum = .FALSE.
2239    ENDIF
2240
2241!
2242!-- Set flag for other UPs (e.g. output routines, but also buoyancy).
2243!-- This flag is reset after each time step in time_integration.
2244    flow_statistics_called = .TRUE.
2245
2246    CALL cpu_log( log_point(10), 'flow_statistics', 'stop' )
2247
2248
2249 END SUBROUTINE flow_statistics
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.