source: palm/trunk/SOURCE/init_grid.f90 @ 134

Last change on this file since 134 was 134, checked in by letzel, 14 years ago

Redefine initial nzb_local as the actual total size of topography (later the
extent of topography in nzb_local is reduced by 1dx at the E topography walls
and by 1dy at the N topography walls to form the basis for nzb_s_inner);
for consistency redefine 'single_building' case.

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 36.3 KB
Line 
1 SUBROUTINE init_grid
2
3!------------------------------------------------------------------------------!
4! Actual revisions:
5! -----------------
6! Redefine initial nzb_local as the actual total size of topography (later the
7! extent of topography in nzb_local is reduced by 1dx at the E topography walls
8! and by 1dy at the N topography walls to form the basis for nzb_s_inner);
9! for consistency redefine 'single_building' case.
10! Calculation of wall flag arrays
11!
12! Former revisions:
13! -----------------
14! $Id: init_grid.f90 134 2007-11-21 07:28:38Z letzel $
15!
16! 94 2007-06-01 15:25:22Z raasch
17! Grid definition for ocean version
18!
19! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
20! storage of topography height arrays zu_s_inner and zw_s_inner,
21! 2nd+3rd argument removed from exchange horiz
22!
23! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
24! Setting of nzt_diff
25!
26! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
27!
28! Revision 1.17  2006/08/22 14:00:05  raasch
29! +dz_max to limit vertical stretching,
30! bugfix in index array initialization for line- or point-like topography
31! structures
32!
33! Revision 1.1  1997/08/11 06:17:45  raasch
34! Initial revision (Testversion)
35!
36!
37! Description:
38! ------------
39! Creating grid depending constants
40!------------------------------------------------------------------------------!
41
42    USE arrays_3d
43    USE control_parameters
44    USE grid_variables
45    USE indices
46    USE pegrid
47
48    IMPLICIT NONE
49
50    INTEGER ::  bh, blx, bly, bxl, bxr, byn, bys, gls, i, inc, i_center, j, &
51                j_center, k, l, nxl_l, nxr_l, nyn_l, nys_l, nzb_si, nzt_l, vi
52
53    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  vertical_influence
54
55    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  corner_nl, corner_nr, corner_sl,  &
56                                             corner_sr, wall_l, wall_n, wall_r,&
57                                             wall_s, nzb_local, nzb_tmp
58
59    REAL    ::  dx_l, dy_l, dz_stretched
60
61    REAL, DIMENSION(0:ny,0:nx)          ::  topo_height
62
63    REAL, DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  distance
64
65!
66!-- Allocate grid arrays
67    ALLOCATE( ddzu(1:nzt+1), ddzw(1:nzt+1), dd2zu(1:nzt), dzu(1:nzt+1), &
68              dzw(1:nzt+1), l_grid(1:nzt), zu(0:nzt+1), zw(0:nzt+1) )
69
70!
71!-- Compute height of u-levels from constant grid length and dz stretch factors
72    IF ( dz == -1.0 )  THEN
73       IF ( myid == 0 )  PRINT*,'+++ init_grid:  missing dz'
74       CALL local_stop
75    ELSEIF ( dz <= 0.0 )  THEN
76       IF ( myid == 0 )  PRINT*,'+++ init_grid:  dz=',dz,' <= 0.0'
77       CALL local_stop
78    ENDIF
79
80!
81!-- Define the vertical grid levels
82    IF ( .NOT. ocean )  THEN
83!
84!--    Grid for atmosphere with surface at z=0 (k=0, w-grid).
85!--    Since the w-level lies on the surface, the first u-level (staggered!)
86!--    lies below the surface (used for "mirror" boundary condition).
87!--    The first u-level above the surface corresponds to the top of the
88!--    Prandtl-layer.
89       zu(0) = - dz * 0.5
90       zu(1) =   dz * 0.5
91
92       dz_stretch_level_index = nzt+1
93       dz_stretched = dz
94       DO  k = 2, nzt+1
95          IF ( dz_stretch_level <= zu(k-1)  .AND.  dz_stretched < dz_max )  THEN
96             dz_stretched = dz_stretched * dz_stretch_factor
97             dz_stretched = MIN( dz_stretched, dz_max )
98             IF ( dz_stretch_level_index == nzt+1 ) dz_stretch_level_index = k-1
99          ENDIF
100          zu(k) = zu(k-1) + dz_stretched
101       ENDDO
102
103!
104!--    Compute the w-levels. They are always staggered half-way between the
105!--    corresponding u-levels. The top w-level is extrapolated linearly.
106       zw(0) = 0.0
107       DO  k = 1, nzt
108          zw(k) = ( zu(k) + zu(k+1) ) * 0.5
109       ENDDO
110       zw(nzt+1) = zw(nzt) + 2.0 * ( zu(nzt+1) - zw(nzt) )
111
112    ELSE
113!
114!--    Grid for ocean with solid surface at z=0 (k=0, w-grid). The free water
115!--    surface is at k=nzt (w-grid).
116!--    Since the w-level lies always on the surface, the first/last u-level
117!--    (staggered!) lies below the bottom surface / above the free surface.
118!--    It is used for "mirror" boundary condition.
119!--    The first u-level above the bottom surface corresponds to the top of the
120!--    Prandtl-layer.
121       zu(nzt+1) =   dz * 0.5
122       zu(nzt)   = - dz * 0.5
123
124       dz_stretch_level_index = 0
125       dz_stretched = dz
126       DO  k = nzt-1, 0, -1
127          IF ( dz_stretch_level <= ABS( zu(k+1) )  .AND.  &
128               dz_stretched < dz_max )  THEN
129             dz_stretched = dz_stretched * dz_stretch_factor
130             dz_stretched = MIN( dz_stretched, dz_max )
131             IF ( dz_stretch_level_index == 0 ) dz_stretch_level_index = k+1
132          ENDIF
133          zu(k) = zu(k+1) - dz_stretched
134       ENDDO
135
136!
137!--    Compute the w-levels. They are always staggered half-way between the
138!--    corresponding u-levels.
139!--    The top w-level (nzt+1) is not used but set for consistency, since
140!--    w and all scalar variables are defined up tp nzt+1.
141       zw(nzt+1) = dz
142       zw(nzt)   = 0.0
143       DO  k = 0, nzt
144          zw(k) = ( zu(k) + zu(k+1) ) * 0.5
145       ENDDO
146
147    ENDIF
148
149!
150!-- Compute grid lengths.
151    DO  k = 1, nzt+1
152       dzu(k)  = zu(k) - zu(k-1)
153       ddzu(k) = 1.0 / dzu(k)
154       dzw(k)  = zw(k) - zw(k-1)
155       ddzw(k) = 1.0 / dzw(k)
156    ENDDO
157
158    DO  k = 1, nzt
159       dd2zu(k) = 1.0 / ( dzu(k) + dzu(k+1) )
160    ENDDO
161
162!
163!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
164!-- grid levels
165    IF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
166
167       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level), ddy2_mg(maximum_grid_level), &
168                 dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level),                   &
169                 dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level),                   &
170                 f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level),                      &
171                 f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level),                      &
172                 f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
173
174       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
175       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
176       nzt_l = nzt
177       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
178           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0 * dzu_mg(nzb+1,l+1)
179           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0 * dzw_mg(nzb+1,l+1)
180           nzt_l = nzt_l / 2
181           DO  k = 2, nzt_l+1
182              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
183              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
184           ENDDO
185       ENDDO
186
187       nzt_l = nzt
188       dx_l  = dx
189       dy_l  = dy
190       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
191          ddx2_mg(l) = 1.0 / dx_l**2
192          ddy2_mg(l) = 1.0 / dy_l**2
193          DO  k = nzb+1, nzt_l
194             f2_mg(k,l) = 1.0 / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
195             f3_mg(k,l) = 1.0 / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
196             f1_mg(k,l) = 2.0 * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) + &
197                          f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
198          ENDDO
199          nzt_l = nzt_l / 2
200          dx_l  = dx_l * 2.0
201          dy_l  = dy_l * 2.0
202       ENDDO
203
204    ENDIF
205
206!
207!-- Compute the reciprocal values of the horizontal grid lengths.
208    ddx = 1.0 / dx
209    ddy = 1.0 / dy
210    dx2 = dx * dx
211    dy2 = dy * dy
212    ddx2 = 1.0 / dx2
213    ddy2 = 1.0 / dy2
214
215!
216!-- Compute the grid-dependent mixing length.
217    DO  k = 1, nzt
218       l_grid(k)  = ( dx * dy * dzw(k) )**0.33333333333333
219    ENDDO
220
221!
222!-- Allocate outer and inner index arrays for topography and set
223!-- defaults.
224!-- nzb_local has to contain additional layers of ghost points for calculating
225!-- the flag arrays needed for the multigrid method
226    gls = 2**( maximum_grid_level )
227    ALLOCATE( corner_nl(nys:nyn,nxl:nxr), corner_nr(nys:nyn,nxl:nxr),       &
228              corner_sl(nys:nyn,nxl:nxr), corner_sr(nys:nyn,nxl:nxr),       &
229              nzb_local(-gls:ny+gls,-gls:nx+gls), nzb_tmp(-1:ny+1,-1:nx+1), &
230              wall_l(nys:nyn,nxl:nxr), wall_n(nys:nyn,nxl:nxr),             &
231              wall_r(nys:nyn,nxl:nxr), wall_s(nys:nyn,nxl:nxr) )
232    ALLOCATE( fwxm(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fwxp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
233              fwym(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fwyp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
234              fxm(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fxp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
235              fym(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fyp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
236              nzb_s_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
237              nzb_s_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
238              nzb_u_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
239              nzb_u_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
240              nzb_v_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
241              nzb_v_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
242              nzb_w_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
243              nzb_w_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
244              nzb_diff_s_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                    &
245              nzb_diff_s_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                    &
246              nzb_diff_u(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                          &
247              nzb_diff_v(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                          &
248              nzb_2d(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                              &
249              wall_e_x(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                            &
250              wall_e_y(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                            &
251              wall_u(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                              &
252              wall_v(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                              &
253              wall_w_x(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                            &
254              wall_w_y(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
255
256    ALLOCATE( l_wall(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
257
258    nzb_s_inner = nzb;  nzb_s_outer = nzb
259    nzb_u_inner = nzb;  nzb_u_outer = nzb
260    nzb_v_inner = nzb;  nzb_v_outer = nzb
261    nzb_w_inner = nzb;  nzb_w_outer = nzb
262
263!
264!-- Define vertical gridpoint from (or to) which on the usual finite difference
265!-- form (which does not use surface fluxes) is applied
266    IF ( prandtl_layer  .OR.  use_surface_fluxes )  THEN
267       nzb_diff = nzb + 2
268    ELSE
269       nzb_diff = nzb + 1
270    ENDIF
271    IF ( use_top_fluxes )  THEN
272       nzt_diff = nzt - 1
273    ELSE
274       nzt_diff = nzt
275    ENDIF
276
277    nzb_diff_s_inner = nzb_diff;  nzb_diff_s_outer = nzb_diff
278    nzb_diff_u = nzb_diff;  nzb_diff_v = nzb_diff
279
280    wall_e_x = 0.0;  wall_e_y = 0.0;  wall_u = 0.0;  wall_v = 0.0
281    wall_w_x = 0.0;  wall_w_y = 0.0
282    fwxp = 1.0;  fwxm = 1.0;  fwyp = 1.0;  fwym = 1.0
283    fxp  = 1.0;  fxm  = 1.0;  fyp  = 1.0;  fym  = 1.0
284
285!
286!-- Initialize near-wall mixing length l_wall only in the vertical direction
287!-- for the moment,
288!-- multiplication with wall_adjustment_factor near the end of this routine
289    l_wall(nzb,:,:)   = l_grid(1)
290    DO  k = nzb+1, nzt
291       l_wall(k,:,:)  = l_grid(k)
292    ENDDO
293    l_wall(nzt+1,:,:) = l_grid(nzt)
294
295    ALLOCATE ( vertical_influence(nzb:nzt) )
296    DO  k = 1, nzt
297       vertical_influence(k) = MIN ( INT( l_grid(k) / &
298                     ( wall_adjustment_factor * dzw(k) ) + 0.5 ), nzt - k )
299    ENDDO
300
301    DO  k = 1, MAXVAL( nzb_s_inner )
302       IF ( l_grid(k) > 1.5 * dx * wall_adjustment_factor .OR.  &
303            l_grid(k) > 1.5 * dy * wall_adjustment_factor )  THEN
304          IF ( myid == 0 )  THEN
305             PRINT*, '+++ WARNING: grid anisotropy exceeds '// &
306                           'threshold given by only local'
307             PRINT*, '             horizontal reduction of near_wall '// &
308                           'mixing length l_wall'
309             PRINT*, '             starting from height level k = ', k, '.'
310          ENDIF
311          EXIT
312       ENDIF
313    ENDDO
314    vertical_influence(0) = vertical_influence(1)
315
316    DO  i = nxl-1, nxr+1
317       DO  j = nys-1, nyn+1
318          DO  k = nzb_s_inner(j,i) + 1, &
319                  nzb_s_inner(j,i) + vertical_influence(nzb_s_inner(j,i))
320             l_wall(k,j,i) = zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i))
321          ENDDO
322       ENDDO
323    ENDDO
324
325!
326!-- Set outer and inner index arrays for non-flat topography.
327!-- Here consistency checks concerning domain size and periodicity are
328!-- necessary.
329!-- Within this SELECT CASE structure only nzb_local is initialized
330!-- individually depending on the chosen topography type, all other index
331!-- arrays are initialized further below.
332    SELECT CASE ( TRIM( topography ) )
333
334       CASE ( 'flat' )
335!
336!--       No actions necessary
337
338       CASE ( 'single_building' )
339!
340!--       Single rectangular building, by default centered in the middle of the
341!--       total domain
342          blx = NINT( building_length_x / dx )
343          bly = NINT( building_length_y / dy )
344          bh  = NINT( building_height / dz )
345
346          IF ( building_wall_left == 9999999.9 )  THEN
347             building_wall_left = ( nx + 1 - blx ) / 2 * dx
348          ENDIF
349          bxl = NINT( building_wall_left / dx )
350          bxr = bxl + blx
351
352          IF ( building_wall_south == 9999999.9 )  THEN
353             building_wall_south = ( ny + 1 - bly ) / 2 * dy
354          ENDIF
355          bys = NINT( building_wall_south / dy )
356          byn = bys + bly
357
358!
359!--       Building size has to meet some requirements
360          IF ( ( bxl < 1 ) .OR. ( bxr > nx-1 ) .OR. ( bxr < bxl+3 ) .OR.  &
361               ( bys < 1 ) .OR. ( byn > ny-1 ) .OR. ( byn < bys+3 ) )  THEN
362             IF ( myid == 0 )  THEN
363                PRINT*, '+++ init_grid: inconsistent building parameters:'
364                PRINT*, '               bxl=', bxl, 'bxr=', bxr, 'bys=', bys, &
365                                      'byn=', byn, 'nx=', nx, 'ny=', ny
366             ENDIF
367             CALL local_stop
368          ENDIF
369
370!
371!--       Set the actual total size of the building. Due to the staggered grid,
372!--       the building will be displaced by -0.5dx in x-direction and by -0.5dy
373!--       in y-direction compared to the scalar grid.
374          nzb_local = 0
375          nzb_local(bys:byn,bxl:bxr) = bh
376
377       CASE ( 'read_from_file' )
378!
379!--       Arbitrary irregular topography data in PALM format (exactly matching
380!--       the grid size and total domain size)
381          OPEN( 90, FILE='TOPOGRAPHY_DATA', STATUS='OLD', FORM='FORMATTED',  &
382               ERR=10 )
383          DO  j = ny, 0, -1
384             READ( 90, *, ERR=11, END=11 )  ( topo_height(j,i), i = 0, nx )
385          ENDDO
386!
387!--       Calculate the index height of the topography
388          DO  i = 0, nx
389             DO  j = 0, ny
390                nzb_local(j,i) = NINT( topo_height(j,i) / dz )
391             ENDDO
392          ENDDO
393!
394!--       Add cyclic boundaries (additional layers are for calculating flag
395!--       arrays needed for the multigrid sover)
396          nzb_local(-gls:-1,0:nx)     = nzb_local(ny-gls+1:ny,0:nx)
397          nzb_local(ny+1:ny+gls,0:nx) = nzb_local(0:gls-1,0:nx)
398          nzb_local(:,-gls:-1)        = nzb_local(:,nx-gls+1:nx)
399          nzb_local(:,nx+1:nx+gls)    = nzb_local(:,0:gls-1)
400     
401          GOTO 12
402
403 10       IF ( myid == 0 )  THEN
404             PRINT*, '+++ init_grid: file TOPOGRAPHY_DATA does not exist'
405          ENDIF
406          CALL local_stop
407
408 11       IF ( myid == 0 )  THEN
409             PRINT*, '+++ init_grid: errors in file TOPOGRAPHY_DATA'
410          ENDIF
411          CALL local_stop
412
413 12       CLOSE( 90 )
414
415       CASE DEFAULT
416!
417!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter topography
418!--       contains a wrong character string or if the user has coded a special
419!--       case in the user interface. There, the subroutine user_init_grid
420!--       checks which of these two conditions applies.
421          CALL user_init_grid( gls, nzb_local )
422
423    END SELECT
424
425!
426!-- Test output of nzb_local -1:ny+1,-1:nx+1
427    WRITE (9,*)  '*** nzb_local ***'
428    DO  j = ny+1, -1, -1
429       WRITE (9,'(194(1X,I2))')  ( nzb_local(j,i), i = -1, nx+1 )
430    ENDDO
431
432!
433!-- Consistency checks and index array initialization are only required for
434!-- non-flat topography, also the initialization of topography heigth arrays
435!-- zu_s_inner and zw_w_inner
436    IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
437
438!
439!--    Consistency checks
440       IF ( MINVAL( nzb_local ) < 0  .OR.  MAXVAL( nzb_local ) > nz + 1 )  THEN
441          IF ( myid == 0 )  THEN
442             PRINT*, '+++ init_grid: nzb_local values are outside the', &
443                          'model domain'
444             PRINT*, '               MINVAL( nzb_local ) = ', MINVAL(nzb_local)
445             PRINT*, '               MAXVAL( nzb_local ) = ', MAXVAL(nzb_local)
446          ENDIF
447          CALL local_stop
448       ENDIF
449
450       IF ( bc_lr == 'cyclic' )  THEN
451          IF ( ANY( nzb_local(:,-1) /= nzb_local(:,nx)   )  .OR. &
452               ANY( nzb_local(:,0)  /= nzb_local(:,nx+1) ) )  THEN
453             IF ( myid == 0 )  THEN
454                PRINT*, '+++ init_grid: nzb_local does not fulfill cyclic', &
455                        '               boundary condition in x-direction'
456             ENDIF
457             CALL local_stop
458          ENDIF
459       ENDIF
460       IF ( bc_ns == 'cyclic' )  THEN
461          IF ( ANY( nzb_local(-1,:) /= nzb_local(ny,:)   )  .OR. &
462               ANY( nzb_local(0,:)  /= nzb_local(ny+1,:) ) )  THEN
463             IF ( myid == 0 )  THEN
464                PRINT*, '+++ init_grid: nzb_local does not fulfill cyclic', &
465                        '               boundary condition in y-direction'
466             ENDIF
467             CALL local_stop
468          ENDIF
469       ENDIF
470
471!
472!--    The array nzb_local as defined above describes the actual total size of
473!--    topography which is defined by u=0 on the topography walls in x-direction
474!--    and by v=0 on the topography walls in y-direction. However, PALM uses
475!--    individual arrays nzb_u|v|w|s_inner|outer that are based on nzb_s_inner.
476!--    Therefore, the extent of topography in nzb_local is now reduced by 1dx
477!--    at the E topography walls and by 1dy at the N topography walls to form
478!--    the basis for nzb_s_inner.
479       DO  j = -gls, ny + gls
480          DO  i = -gls, nx
481             nzb_local(j,i) = MIN( nzb_local(j,i), nzb_local(j,i+1) )
482          ENDDO
483       ENDDO
484!--    apply cyclic boundary conditions in x-direction
485       nzb_local(:,nx+1:nx+gls) = nzb_local(:,0:gls-1)
486       DO  i = -gls, nx + gls
487          DO  j = -gls, ny
488             nzb_local(j,i) = MIN( nzb_local(j,i), nzb_local(j+1,i) )
489          ENDDO
490       ENDDO
491!--    apply cyclic boundary conditions in y-direction
492       nzb_local(ny+1:ny+gls,:) = nzb_local(0:gls-1,:)
493
494!
495!--    Initialize index arrays nzb_s_inner and nzb_w_inner
496       nzb_s_inner = nzb_local(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
497       nzb_w_inner = nzb_local(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
498
499!
500!--    Initialize remaining index arrays:
501!--    first pre-initialize them with nzb_s_inner...
502       nzb_u_inner = nzb_s_inner
503       nzb_u_outer = nzb_s_inner
504       nzb_v_inner = nzb_s_inner
505       nzb_v_outer = nzb_s_inner
506       nzb_w_outer = nzb_s_inner
507       nzb_s_outer = nzb_s_inner
508
509!
510!--    ...then extend pre-initialized arrays in their according directions
511!--    based on nzb_local using nzb_tmp as a temporary global index array
512
513!
514!--    nzb_s_outer:
515!--    extend nzb_local east-/westwards first, then north-/southwards
516       nzb_tmp = nzb_local(-1:ny+1,-1:nx+1)
517       DO  j = -1, ny + 1
518          DO  i = 0, nx
519             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j,i-1), nzb_local(j,i), &
520                                 nzb_local(j,i+1) )
521          ENDDO
522       ENDDO
523       DO  i = nxl, nxr
524          DO  j = nys, nyn
525             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i), &
526                                     nzb_tmp(j+1,i) )
527          ENDDO
528!
529!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
530!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
531          IF ( nys == 0 )  THEN
532             j = -1
533             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j+1,i), nzb_tmp(j,i) )
534          ENDIF
535          IF ( nys == ny )  THEN
536             j = ny + 1
537             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i) )
538          ENDIF
539       ENDDO
540!
541!--    nzb_w_outer:
542!--    identical to nzb_s_outer
543       nzb_w_outer = nzb_s_outer
544
545!
546!--    nzb_u_inner:
547!--    extend nzb_local rightwards only
548       nzb_tmp = nzb_local(-1:ny+1,-1:nx+1)
549       DO  j = -1, ny + 1
550          DO  i = 0, nx + 1
551             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j,i-1), nzb_local(j,i) )
552          ENDDO
553       ENDDO
554       nzb_u_inner = nzb_tmp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
555
556!
557!--    nzb_u_outer:
558!--    extend current nzb_tmp (nzb_u_inner) north-/southwards
559       DO  i = nxl, nxr
560          DO  j = nys, nyn
561             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i), &
562                                     nzb_tmp(j+1,i) )
563          ENDDO
564!
565!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
566!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
567          IF ( nys == 0 )  THEN
568             j = -1
569             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j+1,i), nzb_tmp(j,i) )
570          ENDIF
571          IF ( nys == ny )  THEN
572             j = ny + 1
573             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i) )
574          ENDIF
575       ENDDO
576
577!
578!--    nzb_v_inner:
579!--    extend nzb_local northwards only
580       nzb_tmp = nzb_local(-1:ny+1,-1:nx+1)
581       DO  i = -1, nx + 1
582          DO  j = 0, ny + 1
583             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j-1,i), nzb_local(j,i) )
584          ENDDO
585       ENDDO
586       nzb_v_inner = nzb_tmp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
587
588!
589!--    nzb_v_outer:
590!--    extend current nzb_tmp (nzb_v_inner) right-/leftwards
591       DO  j = nys, nyn
592          DO  i = nxl, nxr
593             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i-1), nzb_tmp(j,i), &
594                                     nzb_tmp(j,i+1) )
595          ENDDO
596!
597!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
598!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
599          IF ( nxl == 0 )  THEN
600             i = -1
601             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i+1), nzb_tmp(j,i) )
602          ENDIF
603          IF ( nxr == nx )  THEN
604             i = nx + 1
605             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i-1), nzb_tmp(j,i) )
606          ENDIF
607       ENDDO
608
609!
610!--    Exchange of lateral boundary values (parallel computers) and cyclic
611!--    boundary conditions, if applicable.
612!--    Since nzb_s_inner and nzb_w_inner are derived directly from nzb_local
613!--    they do not require exchange and are not included here.
614       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_u_inner )
615       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_u_outer )
616       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_v_inner )
617       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_v_outer )
618       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_w_outer )
619       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_s_outer )
620
621!
622!--    Allocate and set the arrays containing the topography height
623       IF ( myid == 0 )  THEN
624
625          ALLOCATE( zu_s_inner(0:nx+1,0:ny+1), zw_w_inner(0:nx+1,0:ny+1) )
626
627          DO  i = 0, nx + 1
628             DO  j = 0, ny + 1
629                zu_s_inner(i,j) = zu(nzb_local(j,i))
630                zw_w_inner(i,j) = zw(nzb_local(j,i))
631             ENDDO
632          ENDDO
633         
634       ENDIF
635
636    ENDIF
637
638!
639!-- Preliminary: to be removed after completion of the topography code!
640!-- Set the former default k index arrays nzb_2d
641    nzb_2d      = nzb
642
643!
644!-- Set the individual index arrays which define the k index from which on
645!-- the usual finite difference form (which does not use surface fluxes) is
646!-- applied
647    IF ( prandtl_layer  .OR.  use_surface_fluxes )  THEN
648       nzb_diff_u         = nzb_u_inner + 2
649       nzb_diff_v         = nzb_v_inner + 2
650       nzb_diff_s_inner   = nzb_s_inner + 2
651       nzb_diff_s_outer   = nzb_s_outer + 2
652    ELSE
653       nzb_diff_u         = nzb_u_inner + 1
654       nzb_diff_v         = nzb_v_inner + 1
655       nzb_diff_s_inner   = nzb_s_inner + 1
656       nzb_diff_s_outer   = nzb_s_outer + 1
657    ENDIF
658
659!
660!-- Calculation of wall switches and factors required by diffusion_u/v.f90 and
661!-- for limitation of near-wall mixing length l_wall further below
662    corner_nl = 0
663    corner_nr = 0
664    corner_sl = 0
665    corner_sr = 0
666    wall_l    = 0
667    wall_n    = 0
668    wall_r    = 0
669    wall_s    = 0
670
671    DO  i = nxl, nxr
672       DO  j = nys, nyn
673!
674!--       u-component
675          IF ( nzb_u_outer(j,i) > nzb_u_outer(j+1,i) )  THEN
676             wall_u(j,i) = 1.0   ! north wall (location of adjacent fluid)
677             fym(j,i)    = 0.0
678             fyp(j,i)    = 1.0
679          ELSEIF ( nzb_u_outer(j,i) > nzb_u_outer(j-1,i) )  THEN
680             wall_u(j,i) = 1.0   ! south wall (location of adjacent fluid)
681             fym(j,i)    = 1.0
682             fyp(j,i)    = 0.0
683          ENDIF
684!
685!--       v-component
686          IF ( nzb_v_outer(j,i) > nzb_v_outer(j,i+1) )  THEN
687             wall_v(j,i) = 1.0   ! rigth wall (location of adjacent fluid)
688             fxm(j,i)    = 0.0
689             fxp(j,i)    = 1.0
690          ELSEIF ( nzb_v_outer(j,i) > nzb_v_outer(j,i-1) )  THEN
691             wall_v(j,i) = 1.0   ! left wall (location of adjacent fluid)
692             fxm(j,i)    = 1.0
693             fxp(j,i)    = 0.0
694          ENDIF
695!
696!--       w-component, also used for scalars, separate arrays for shear
697!--       production of tke
698          IF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j+1,i) )  THEN
699             wall_e_y(j,i) =  1.0   ! north wall (location of adjacent fluid)
700             wall_w_y(j,i) =  1.0
701             fwym(j,i)     =  0.0
702             fwyp(j,i)     =  1.0
703          ELSEIF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j-1,i) )  THEN
704             wall_e_y(j,i) = -1.0   ! south wall (location of adjacent fluid)
705             wall_w_y(j,i) =  1.0
706             fwym(j,i)     =  1.0
707             fwyp(j,i)     =  0.0
708          ENDIF
709          IF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j,i+1) )  THEN
710             wall_e_x(j,i) =  1.0   ! right wall (location of adjacent fluid)
711             wall_w_x(j,i) =  1.0
712             fwxm(j,i)     =  0.0
713             fwxp(j,i)     =  1.0
714          ELSEIF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j,i-1) )  THEN
715             wall_e_x(j,i) = -1.0   ! left wall (location of adjacent fluid)
716             wall_w_x(j,i) =  1.0
717             fwxm(j,i)     =  1.0
718             fwxp(j,i)     =  0.0
719          ENDIF
720!
721!--       Wall and corner locations inside buildings for limitation of
722!--       near-wall mixing length l_wall
723          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j+1,i) )  THEN
724
725             wall_n(j,i) = nzb_s_inner(j+1,i) + 1            ! North wall
726
727             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
728                corner_nl(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j+1,i),  & ! Northleft corner
729                                      nzb_s_inner(j,i-1) ) + 1
730             ENDIF
731
732             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
733                corner_nr(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j+1,i),  & ! Northright corner
734                                      nzb_s_inner(j,i+1) ) + 1
735             ENDIF
736
737          ENDIF
738
739          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j-1,i) )  THEN
740
741             wall_s(j,i) = nzb_s_inner(j-1,i) + 1            ! South wall
742             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
743                corner_sl(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j-1,i),  & ! Southleft corner
744                                      nzb_s_inner(j,i-1) ) + 1
745             ENDIF
746
747             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
748                corner_sr(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j-1,i),  & ! Southright corner
749                                      nzb_s_inner(j,i+1) ) + 1
750             ENDIF
751
752          ENDIF
753
754          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
755             wall_l(j,i) = nzb_s_inner(j,i-1) + 1            ! Left wall
756          ENDIF
757
758          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
759             wall_r(j,i) = nzb_s_inner(j,i+1) + 1            ! Right wall
760          ENDIF
761
762       ENDDO
763    ENDDO
764
765!
766!-- Calculate wall flag arrays for the multigrid method
767    IF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
768!
769!--    Gridpoint increment of the current level
770       inc = 1
771
772       DO  l = maximum_grid_level, 1 , -1
773
774          nxl_l = nxl_mg(l)
775          nxr_l = nxr_mg(l)
776          nys_l = nys_mg(l)
777          nyn_l = nyn_mg(l)
778          nzt_l = nzt_mg(l)
779
780!
781!--       Assign the flag level to be calculated
782          SELECT CASE ( l )
783             CASE ( 1 )
784                flags => wall_flags_1
785             CASE ( 2 )
786                flags => wall_flags_2
787             CASE ( 3 )
788                flags => wall_flags_3
789             CASE ( 4 )
790                flags => wall_flags_4
791             CASE ( 5 )
792                flags => wall_flags_5
793             CASE ( 6 )
794                flags => wall_flags_6
795             CASE ( 7 )
796                flags => wall_flags_7
797             CASE ( 8 )
798                flags => wall_flags_8
799             CASE ( 9 )
800                flags => wall_flags_9
801             CASE ( 10 )
802                flags => wall_flags_10
803          END SELECT
804
805!
806!--       Depending on the grid level, set the respective bits in case of
807!--       neighbouring walls
808!--       Bit 0:  wall to the bottom
809!--       Bit 1:  wall to the top (not realized in remaining PALM code so far)
810!--       Bit 2:  wall to the south
811!--       Bit 3:  wall to the north
812!--       Bit 4:  wall to the left
813!--       Bit 5:  wall to the right
814!--       Bit 6:  inside building
815
816          flags = 0
817
818          DO  i = nxl_l-1, nxr_l+1
819             DO  j = nys_l-1, nyn_l+1
820                DO  k = nzb, nzt_l+1
821                         
822!
823!--                Inside/outside building (inside building does not need
824!--                further tests for walls)
825                   IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,i*inc) )  THEN
826
827                      flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 6 )
828
829                   ELSE
830!
831!--                   Bottom wall
832                      IF ( (k-1)*inc <= nzb_local(j*inc,i*inc) )  THEN
833                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 0 )
834                      ENDIF
835!
836!--                   South wall
837                      IF ( k*inc <= nzb_local((j-1)*inc,i*inc) )  THEN
838                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 2 )
839                      ENDIF
840!
841!--                   North wall
842                      IF ( k*inc <= nzb_local((j+1)*inc,i*inc) )  THEN
843                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 3 )
844                      ENDIF
845!
846!--                   Left wall
847                      IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,(i-1)*inc) )  THEN
848                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 4 )
849                      ENDIF
850!
851!--                   Right wall
852                      IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,(i+1)*inc) )  THEN
853                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 5 )
854                      ENDIF
855
856                   ENDIF
857                           
858                ENDDO
859             ENDDO
860          ENDDO
861
862!
863!--       Test output of flag arrays
864          i = nxl_l
865          WRITE (9,*)  ' '
866          WRITE (9,*)  '*** mg level ', l, ' ***', mg_switch_to_pe0_level
867          WRITE (9,*)  '    inc=', inc, '  i =', nxl_l
868          WRITE (9,*)  '    nxl_l',nxl_l,' nxr_l=',nxr_l,' nys_l=',nys_l,' nyn_l=',nyn_l
869          DO  k = nzt_l+1, nzb, -1
870             WRITE (9,'(194(1X,I2))')  ( flags(k,j,i), j = nys_l-1, nyn_l+1 )
871          ENDDO
872
873          inc = inc * 2
874
875       ENDDO
876
877    ENDIF
878
879!
880!-- In case of topography: limit near-wall mixing length l_wall further:
881!-- Go through all points of the subdomain one by one and look for the closest
882!-- surface
883    IF ( TRIM(topography) /= 'flat' )  THEN
884       DO  i = nxl, nxr
885          DO  j = nys, nyn
886
887             nzb_si = nzb_s_inner(j,i)
888             vi     = vertical_influence(nzb_si)
889
890             IF ( wall_n(j,i) > 0 )  THEN
891!
892!--             North wall (y distance)
893                DO  k = wall_n(j,i), nzb_si
894                   l_wall(k,j+1,i) = MIN( l_wall(k,j+1,i), 0.5 * dy )
895                ENDDO
896!
897!--             Above North wall (yz distance)
898                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
899                   l_wall(k,j+1,i) = MIN( l_wall(k,j+1,i),     &
900                                          SQRT( 0.25 * dy**2 + &
901                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
902                ENDDO
903!
904!--             Northleft corner (xy distance)
905                IF ( corner_nl(j,i) > 0 )  THEN
906                   DO  k = corner_nl(j,i), nzb_si
907                      l_wall(k,j+1,i-1) = MIN( l_wall(k,j+1,i-1), &
908                                               0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
909                   ENDDO
910!
911!--                Above Northleft corner (xyz distance)
912                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
913                      l_wall(k,j+1,i-1) = MIN( l_wall(k,j+1,i-1),             &
914                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
915                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
916                   ENDDO
917                ENDIF
918!
919!--             Northright corner (xy distance)
920                IF ( corner_nr(j,i) > 0 )  THEN
921                   DO  k = corner_nr(j,i), nzb_si
922                       l_wall(k,j+1,i+1) = MIN( l_wall(k,j+1,i+1), &
923                                                0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
924                   ENDDO
925!
926!--                Above northright corner (xyz distance)
927                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
928                      l_wall(k,j+1,i+1) = MIN( l_wall(k,j+1,i+1), &
929                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
930                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
931                   ENDDO
932                ENDIF
933             ENDIF
934
935             IF ( wall_s(j,i) > 0 )  THEN
936!
937!--             South wall (y distance)
938                DO  k = wall_s(j,i), nzb_si
939                   l_wall(k,j-1,i) = MIN( l_wall(k,j-1,i), 0.5 * dy )
940                ENDDO
941!
942!--             Above south wall (yz distance)
943                DO  k = nzb_si + 1, &
944                        nzb_si + vi
945                   l_wall(k,j-1,i) = MIN( l_wall(k,j-1,i),     &
946                                          SQRT( 0.25 * dy**2 + &
947                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
948                ENDDO
949!
950!--             Southleft corner (xy distance)
951                IF ( corner_sl(j,i) > 0 )  THEN
952                   DO  k = corner_sl(j,i), nzb_si
953                      l_wall(k,j-1,i-1) = MIN( l_wall(k,j-1,i-1), &
954                                               0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
955                   ENDDO
956!
957!--                Above southleft corner (xyz distance)
958                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
959                      l_wall(k,j-1,i-1) = MIN( l_wall(k,j-1,i-1),             &
960                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
961                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
962                   ENDDO
963                ENDIF
964!
965!--             Southright corner (xy distance)
966                IF ( corner_sr(j,i) > 0 )  THEN
967                   DO  k = corner_sr(j,i), nzb_si
968                      l_wall(k,j-1,i+1) = MIN( l_wall(k,j-1,i+1), &
969                                               0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
970                   ENDDO
971!
972!--                Above southright corner (xyz distance)
973                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
974                      l_wall(k,j-1,i+1) = MIN( l_wall(k,j-1,i+1),             &
975                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
976                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
977                   ENDDO
978                ENDIF
979
980             ENDIF
981
982             IF ( wall_l(j,i) > 0 )  THEN
983!
984!--             Left wall (x distance)
985                DO  k = wall_l(j,i), nzb_si
986                   l_wall(k,j,i-1) = MIN( l_wall(k,j,i-1), 0.5 * dx )
987                ENDDO
988!
989!--             Above left wall (xz distance)
990                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
991                   l_wall(k,j,i-1) = MIN( l_wall(k,j,i-1),     &
992                                          SQRT( 0.25 * dx**2 + &
993                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
994                ENDDO
995             ENDIF
996
997             IF ( wall_r(j,i) > 0 )  THEN
998!
999!--             Right wall (x distance)
1000                DO  k = wall_r(j,i), nzb_si
1001                   l_wall(k,j,i+1) = MIN( l_wall(k,j,i+1), 0.5 * dx )
1002                ENDDO
1003!
1004!--             Above right wall (xz distance)
1005                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1006                   l_wall(k,j,i+1) = MIN( l_wall(k,j,i+1),     &
1007                                          SQRT( 0.25 * dx**2 + &
1008                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1009                ENDDO
1010
1011             ENDIF
1012
1013          ENDDO
1014       ENDDO
1015
1016    ENDIF
1017
1018!
1019!-- Multiplication with wall_adjustment_factor
1020    l_wall = wall_adjustment_factor * l_wall
1021
1022!
1023!-- Need to set lateral boundary conditions for l_wall
1024    CALL exchange_horiz( l_wall )
1025
1026    DEALLOCATE( corner_nl, corner_nr, corner_sl, corner_sr, nzb_local, &
1027                nzb_tmp, vertical_influence, wall_l, wall_n, wall_r, wall_s )
1028
1029
1030 END SUBROUTINE init_grid
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.