source: palm/trunk/SOURCE/inflow_turbulence.f90 @ 4360

Last change on this file since 4360 was 4360, checked in by suehring, 4 years ago

Bugfix in output of time-averaged plant-canopy quanities; Output of plant-canopy data only where tall canopy is defined; land-surface model: fix wrong location strings; tests: update urban test case; all source code files: copyright update

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 12.3 KB
RevLine 
[1682]1!> @file inflow_turbulence.f90
[2000]2!------------------------------------------------------------------------------!
[2696]3! This file is part of the PALM model system.
[1036]4!
[2000]5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
[1036]9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
[4360]17! Copyright 1997-2020 Leibniz Universitaet Hannover
[2000]18!------------------------------------------------------------------------------!
[1036]19!
[484]20! Current revisions:
[151]21! -----------------
[1354]22!
[2001]23!
[151]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: inflow_turbulence.f90 4360 2020-01-07 11:25:50Z suehring $
[4301]27! use y_shift instead of old parameter recycling_yshift
28!
29! 4297 2019-11-21 10:37:50Z oliver.maas
[4297]30! changed recycling_yshift so that the y-shift can be a multiple of PE
31! instead of y-shift of a half domain width
32!
33! 4183 2019-08-23 07:33:16Z oliver.maas
[4183]34! simplified steering of recycling of absolute values by initialization
35! parameter recycling_method_for_thermodynamic_quantities
36!
37! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
[4182]38! Corrected "Former revisions" section
39!
40! 4172 2019-08-20 11:55:33Z oliver.maas
[4172]41! added optional recycling of absolute values for pt and q
42!
43! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
[2716]44! Corrected "Former revisions" section
[151]45!
[4182]46! Initial version (2008/03/07)
47!
[151]48! Description:
49! ------------
[1682]50!> Imposing turbulence at the respective inflow using the turbulence
51!> recycling method of Kataoka and Mizuno (2002).
[151]52!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]53 SUBROUTINE inflow_turbulence
54 
[151]55
[1320]56    USE arrays_3d,                                                             &
[1960]57        ONLY:  e, inflow_damping_factor, mean_inflow_profiles, pt, q, s, u, v, w
[1320]58       
59    USE control_parameters,                                                    &
[4301]60        ONLY:  humidity, passive_scalar, recycling_plane, y_shift,    &
[4183]61               recycling_method_for_thermodynamic_quantities
[1320]62       
63    USE cpulog,                                                                &
64        ONLY:  cpu_log, log_point
65       
66    USE indices,                                                               &
67        ONLY:  nbgp, nxl, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nzb, nzt
68       
69    USE kinds
70   
[151]71    USE pegrid
72
73
74    IMPLICIT NONE
[4172]75   
[1806]76    INTEGER(iwp) ::  i        !< loop index
77    INTEGER(iwp) ::  j        !< loop index
78    INTEGER(iwp) ::  k        !< loop index
79    INTEGER(iwp) ::  l        !< loop index
80    INTEGER(iwp) ::  next     !< ID of receiving PE for y-shift
81    INTEGER(iwp) ::  ngp_ifd  !< number of grid points stored in avpr
82    INTEGER(iwp) ::  ngp_pr   !< number of grid points stored in inflow_dist
83    INTEGER(iwp) ::  prev     !< ID of sending PE for y-shift
[151]84
[1960]85    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,7,nbgp)           ::                         &
[1806]86       avpr               !< stores averaged profiles at recycling plane
[1960]87    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,7,nbgp)           ::                         &
[1806]88       avpr_l             !< auxiliary variable to calculate avpr
[1960]89    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,7,nbgp) ::                         &
[1806]90       inflow_dist        !< turbulence signal of vars, added at inflow boundary
[1960]91    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,7,nbgp) ::                         &
[4301]92       local_inflow_dist  !< auxiliary variable for inflow_dist, used for y-shift
[4172]93   
[151]94    CALL cpu_log( log_point(40), 'inflow_turbulence', 'start' )
[4172]95   
[151]96!
[667]97!-- Carry out spanwise averaging in the recycling plane
[1353]98    avpr_l = 0.0_wp
[1960]99    ngp_pr = ( nzt - nzb + 2 ) * 7 * nbgp
[667]100    ngp_ifd = ngp_pr * ( nyn - nys + 1 + 2 * nbgp )
[151]101
102!
103!-- First, local averaging within the recycling domain
[667]104    i = recycling_plane
[151]105
[667]106#if defined( __parallel )
107    IF ( myidx == id_recycling )  THEN
108       
109       DO  l = 1, nbgp
[151]110          DO  j = nys, nyn
[667]111             DO  k = nzb, nzt + 1
[151]112
[667]113                avpr_l(k,1,l) = avpr_l(k,1,l) + u(k,j,i)
114                avpr_l(k,2,l) = avpr_l(k,2,l) + v(k,j,i)
115                avpr_l(k,3,l) = avpr_l(k,3,l) + w(k,j,i)
116                avpr_l(k,4,l) = avpr_l(k,4,l) + pt(k,j,i)
117                avpr_l(k,5,l) = avpr_l(k,5,l) + e(k,j,i)
[1960]118                IF ( humidity )                                                &
[1615]119                   avpr_l(k,6,l) = avpr_l(k,6,l) + q(k,j,i)
[1960]120                IF ( passive_scalar )                                          &
121                   avpr_l(k,7,l) = avpr_l(k,7,l) + s(k,j,i)
[151]122
123             ENDDO
124          ENDDO
[667]125          i = i + 1
[151]126       ENDDO
127
128    ENDIF
129!
130!-- Now, averaging over all PEs
[622]131    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1615]132    CALL MPI_ALLREDUCE( avpr_l(nzb,1,1), avpr(nzb,1,1), ngp_pr, MPI_REAL,      &
[709]133                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
[667]134
[151]135#else
[667]136    DO  l = 1, nbgp
137       DO  j = nys, nyn
138          DO  k = nzb, nzt + 1
139
140             avpr_l(k,1,l) = avpr_l(k,1,l) + u(k,j,i)
141             avpr_l(k,2,l) = avpr_l(k,2,l) + v(k,j,i)
142             avpr_l(k,3,l) = avpr_l(k,3,l) + w(k,j,i)
143             avpr_l(k,4,l) = avpr_l(k,4,l) + pt(k,j,i)
144             avpr_l(k,5,l) = avpr_l(k,5,l) + e(k,j,i)
[1960]145             IF ( humidity )                                                   &
[1615]146                avpr_l(k,6,l) = avpr_l(k,6,l) + q(k,j,i)
[1960]147             IF ( passive_scalar )                                             &
148                avpr_l(k,7,l) = avpr_l(k,7,l) + s(k,j,i)
[667]149
150          ENDDO
151       ENDDO
152       i = i + 1 
153    ENDDO
154   
[151]155    avpr = avpr_l
156#endif
157
[667]158    avpr = avpr / ( ny + 1 )
[151]159!
160!-- Calculate the disturbances at the recycling plane
[4172]161!-- for recycling of absolute quantities, the disturbance is defined as the absolute value
162!-- (and not as the deviation from the mean profile)
[151]163    i = recycling_plane
164
[222]165#if defined( __parallel )
[163]166    IF ( myidx == id_recycling )  THEN
[667]167       DO  l = 1, nbgp
168          DO  j = nysg, nyng
169             DO  k = nzb, nzt + 1
170                inflow_dist(k,j,1,l) = u(k,j,i+1) - avpr(k,1,l)
171                inflow_dist(k,j,2,l) = v(k,j,i)   - avpr(k,2,l)
172                inflow_dist(k,j,3,l) = w(k,j,i)   - avpr(k,3,l)
[4183]173                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )     &
174                   == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
175                   inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i) - avpr(k,4,l)
176                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities ) &
177                   == 'absolute_value' )  THEN
[4172]178                   inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i)
179                ENDIF
[667]180                inflow_dist(k,j,5,l) = e(k,j,i)   - avpr(k,5,l)
[4172]181                IF ( humidity ) THEN
[4183]182                   IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )  &
183                      == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
184                      inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i) - avpr(k,6,l)
185                   ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )  &
186                      == 'absolute_value' )  THEN
[4172]187                      inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i)
188                   ENDIF
189                ENDIF
[1960]190                IF ( passive_scalar )                                          &
191                   inflow_dist(k,j,7,l) = s(k,j,i) - avpr(k,7,l)
[667]192            ENDDO
[151]193          ENDDO
[667]194          i = i + 1
[151]195       ENDDO
196
197    ENDIF
[222]198#else
[667]199    DO  l = 1, nbgp
200       DO  j = nysg, nyng
201          DO  k = nzb, nzt+1
202             inflow_dist(k,j,1,l) = u(k,j,i+1) - avpr(k,1,l)
203             inflow_dist(k,j,2,l) = v(k,j,i)   - avpr(k,2,l)
204             inflow_dist(k,j,3,l) = w(k,j,i)   - avpr(k,3,l)
[4183]205             IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )        &
206                   == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
207                inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i) - avpr(k,4,l)
208             ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )    &
209                   == 'absolute_value' )  THEN
[4172]210                inflow_dist(k,j,4,l) = pt(k,j,i)
211             ENDIF
[667]212             inflow_dist(k,j,5,l) = e(k,j,i)   - avpr(k,5,l)
[4172]213             IF ( humidity )  THEN
[4183]214                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )     &
215                      == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
216                   inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i) - avpr(k,6,l)
217                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities ) &
218                      == 'absolute_value' )  THEN
[4172]219                   inflow_dist(k,j,6,l) = q(k,j,i)
220                ENDIF
221             ENDIF
[1960]222             IF ( passive_scalar )                                             &
223                inflow_dist(k,j,7,l) = s(k,j,i) - avpr(k,7,l)
[667]224             
225          ENDDO
[222]226       ENDDO
[667]227       i = i + 1
[222]228    ENDDO
229#endif
230
[151]231!
232!-- For parallel runs, send the disturbances to the respective inflow PE
233#if defined( __parallel )
[163]234    IF ( myidx == id_recycling  .AND.  myidx /= id_inflow )  THEN
[151]235
[1560]236       CALL MPI_SEND( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,            &
[151]237                      id_inflow, 1, comm1dx, ierr )
238
[163]239    ELSEIF ( myidx /= id_recycling  .AND.  myidx == id_inflow )  THEN
[151]240
[1353]241       inflow_dist = 0.0_wp
[1560]242       CALL MPI_RECV( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,            &
[163]243                      id_recycling, 1, comm1dx, status, ierr )
[151]244
245    ENDIF
[1560]246
[1806]247!
248!-- y-shift for inflow_dist
[4297]249!-- Shift inflow_dist in positive y direction by a number of
[4301]250!-- PEs equal to y_shift
251    IF ( ( y_shift /= 0 ) .AND. myidx == id_inflow ) THEN
[4297]252
[1806]253!
254!--    Calculate the ID of the PE which sends data to this PE (prev) and of the
255!--    PE which receives data from this PE (next).
[4301]256       prev = MODULO(myidy - y_shift , pdims(2))
257       next = MODULO(myidy + y_shift , pdims(2))
[4297]258       
[1560]259       local_inflow_dist = 0.0_wp
[1806]260
[1560]261       CALL MPI_SENDRECV( inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd, MPI_REAL,        &
262                          next, 1, local_inflow_dist(nzb,nysg,1,1), ngp_ifd,   &
263                          MPI_REAL, prev, 1, comm1dy, status, ierr )
[1806]264
265       inflow_dist = local_inflow_dist
266
[1560]267    ENDIF
268
[151]269#endif
270
271!
272!-- Add the disturbance at the inflow
273    IF ( nxl == 0 )  THEN
274
[1806]275       DO  j = nysg, nyng
276          DO  k = nzb, nzt + 1
[151]277
[4183]278             u(k,j,-nbgp+1:0) = mean_inflow_profiles(k,1) +                    &
[1806]279                        inflow_dist(k,j,1,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
[4183]280             v(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2) +                    &
[1806]281                        inflow_dist(k,j,2,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
[4183]282             w(k,j,-nbgp:-1)  =                                                &
[1806]283                        inflow_dist(k,j,3,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
[4183]284             IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )        &
285                   == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
286                pt(k,j,-nbgp:-1) = mean_inflow_profiles(k,4) +                 &
287                inflow_dist(k,j,4,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
288             ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )    &
289                   == 'absolute_value' )  THEN
[4172]290                pt(k,j,-nbgp:-1) = inflow_dist(k,j,4,1:nbgp)
291             ENDIF
[4183]292             e(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5) +                    &
[1806]293                        inflow_dist(k,j,5,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
294             e(k,j,-nbgp:-1)  = MAX( e(k,j,-nbgp:-1), 0.0_wp )
[4172]295             IF ( humidity )  THEN
[4183]296                IF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities )     &
297                      == 'turbulent_fluctuation' )  THEN
298                   q(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6) +              & 
299                      inflow_dist(k,j,6,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
300                ELSEIF ( TRIM( recycling_method_for_thermodynamic_quantities ) &
301                      == 'absolute_value' )  THEN
[4172]302                   q(k,j,-nbgp:-1)  = inflow_dist(k,j,6,1:nbgp)
303                ENDIF
304             ENDIF
[4183]305             IF ( passive_scalar )                                             &
306                s(k,j,-nbgp:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7) +                 &
[1960]307                        inflow_dist(k,j,7,1:nbgp) * inflow_damping_factor(k)
[4183]308                       
[1560]309          ENDDO
[1806]310       ENDDO
[1560]311
[151]312    ENDIF
313
[1560]314
[151]315    CALL cpu_log( log_point(40), 'inflow_turbulence', 'stop' )
316
317
318 END SUBROUTINE inflow_turbulence
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.