source: palm/trunk/SOURCE/init_grid.f90 @ 145

Last change on this file since 145 was 145, checked in by raasch, 14 years ago

second preliminary update for turbulent inflow

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 36.3 KB
Line 
1 SUBROUTINE init_grid
2
3!------------------------------------------------------------------------------!
4! Actual revisions:
5! -----------------
6!
7!
8! Former revisions:
9! -----------------
10! $Id: init_grid.f90 145 2008-01-09 08:17:38Z raasch $
11!
12! 134 2007-11-21 07:28:38Z letzel
13! Redefine initial nzb_local as the actual total size of topography (later the
14! extent of topography in nzb_local is reduced by 1dx at the E topography walls
15! and by 1dy at the N topography walls to form the basis for nzb_s_inner);
16! for consistency redefine 'single_building' case.
17! Calculation of wall flag arrays
18!
19! 94 2007-06-01 15:25:22Z raasch
20! Grid definition for ocean version
21!
22! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
23! storage of topography height arrays zu_s_inner and zw_s_inner,
24! 2nd+3rd argument removed from exchange horiz
25!
26! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
27! Setting of nzt_diff
28!
29! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
30!
31! Revision 1.17  2006/08/22 14:00:05  raasch
32! +dz_max to limit vertical stretching,
33! bugfix in index array initialization for line- or point-like topography
34! structures
35!
36! Revision 1.1  1997/08/11 06:17:45  raasch
37! Initial revision (Testversion)
38!
39!
40! Description:
41! ------------
42! Creating grid depending constants
43!------------------------------------------------------------------------------!
44
45    USE arrays_3d
46    USE control_parameters
47    USE grid_variables
48    USE indices
49    USE pegrid
50
51    IMPLICIT NONE
52
53    INTEGER ::  bh, blx, bly, bxl, bxr, byn, bys, gls, i, inc, i_center, j, &
54                j_center, k, l, nxl_l, nxr_l, nyn_l, nys_l, nzb_si, nzt_l, vi
55
56    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  vertical_influence
57
58    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  corner_nl, corner_nr, corner_sl,  &
59                                             corner_sr, wall_l, wall_n, wall_r,&
60                                             wall_s, nzb_local, nzb_tmp
61
62    REAL    ::  dx_l, dy_l, dz_stretched
63
64    REAL, DIMENSION(0:ny,0:nx)          ::  topo_height
65
66    REAL, DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  distance
67
68!
69!-- Allocate grid arrays
70    ALLOCATE( ddzu(1:nzt+1), ddzw(1:nzt+1), dd2zu(1:nzt), dzu(1:nzt+1), &
71              dzw(1:nzt+1), l_grid(1:nzt), zu(0:nzt+1), zw(0:nzt+1) )
72
73!
74!-- Compute height of u-levels from constant grid length and dz stretch factors
75    IF ( dz == -1.0 )  THEN
76       IF ( myid == 0 )  PRINT*,'+++ init_grid:  missing dz'
77       CALL local_stop
78    ELSEIF ( dz <= 0.0 )  THEN
79       IF ( myid == 0 )  PRINT*,'+++ init_grid:  dz=',dz,' <= 0.0'
80       CALL local_stop
81    ENDIF
82
83!
84!-- Define the vertical grid levels
85    IF ( .NOT. ocean )  THEN
86!
87!--    Grid for atmosphere with surface at z=0 (k=0, w-grid).
88!--    Since the w-level lies on the surface, the first u-level (staggered!)
89!--    lies below the surface (used for "mirror" boundary condition).
90!--    The first u-level above the surface corresponds to the top of the
91!--    Prandtl-layer.
92       zu(0) = - dz * 0.5
93       zu(1) =   dz * 0.5
94
95       dz_stretch_level_index = nzt+1
96       dz_stretched = dz
97       DO  k = 2, nzt+1
98          IF ( dz_stretch_level <= zu(k-1)  .AND.  dz_stretched < dz_max )  THEN
99             dz_stretched = dz_stretched * dz_stretch_factor
100             dz_stretched = MIN( dz_stretched, dz_max )
101             IF ( dz_stretch_level_index == nzt+1 ) dz_stretch_level_index = k-1
102          ENDIF
103          zu(k) = zu(k-1) + dz_stretched
104       ENDDO
105
106!
107!--    Compute the w-levels. They are always staggered half-way between the
108!--    corresponding u-levels. The top w-level is extrapolated linearly.
109       zw(0) = 0.0
110       DO  k = 1, nzt
111          zw(k) = ( zu(k) + zu(k+1) ) * 0.5
112       ENDDO
113       zw(nzt+1) = zw(nzt) + 2.0 * ( zu(nzt+1) - zw(nzt) )
114
115    ELSE
116!
117!--    Grid for ocean with solid surface at z=0 (k=0, w-grid). The free water
118!--    surface is at k=nzt (w-grid).
119!--    Since the w-level lies always on the surface, the first/last u-level
120!--    (staggered!) lies below the bottom surface / above the free surface.
121!--    It is used for "mirror" boundary condition.
122!--    The first u-level above the bottom surface corresponds to the top of the
123!--    Prandtl-layer.
124       zu(nzt+1) =   dz * 0.5
125       zu(nzt)   = - dz * 0.5
126
127       dz_stretch_level_index = 0
128       dz_stretched = dz
129       DO  k = nzt-1, 0, -1
130          IF ( dz_stretch_level <= ABS( zu(k+1) )  .AND.  &
131               dz_stretched < dz_max )  THEN
132             dz_stretched = dz_stretched * dz_stretch_factor
133             dz_stretched = MIN( dz_stretched, dz_max )
134             IF ( dz_stretch_level_index == 0 ) dz_stretch_level_index = k+1
135          ENDIF
136          zu(k) = zu(k+1) - dz_stretched
137       ENDDO
138
139!
140!--    Compute the w-levels. They are always staggered half-way between the
141!--    corresponding u-levels.
142!--    The top w-level (nzt+1) is not used but set for consistency, since
143!--    w and all scalar variables are defined up tp nzt+1.
144       zw(nzt+1) = dz
145       zw(nzt)   = 0.0
146       DO  k = 0, nzt
147          zw(k) = ( zu(k) + zu(k+1) ) * 0.5
148       ENDDO
149
150    ENDIF
151
152!
153!-- Compute grid lengths.
154    DO  k = 1, nzt+1
155       dzu(k)  = zu(k) - zu(k-1)
156       ddzu(k) = 1.0 / dzu(k)
157       dzw(k)  = zw(k) - zw(k-1)
158       ddzw(k) = 1.0 / dzw(k)
159    ENDDO
160
161    DO  k = 1, nzt
162       dd2zu(k) = 1.0 / ( dzu(k) + dzu(k+1) )
163    ENDDO
164
165!
166!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
167!-- grid levels
168    IF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
169
170       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level), ddy2_mg(maximum_grid_level), &
171                 dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level),                   &
172                 dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level),                   &
173                 f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level),                      &
174                 f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level),                      &
175                 f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
176
177       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
178       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
179       nzt_l = nzt
180       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
181           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0 * dzu_mg(nzb+1,l+1)
182           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0 * dzw_mg(nzb+1,l+1)
183           nzt_l = nzt_l / 2
184           DO  k = 2, nzt_l+1
185              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
186              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
187           ENDDO
188       ENDDO
189
190       nzt_l = nzt
191       dx_l  = dx
192       dy_l  = dy
193       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
194          ddx2_mg(l) = 1.0 / dx_l**2
195          ddy2_mg(l) = 1.0 / dy_l**2
196          DO  k = nzb+1, nzt_l
197             f2_mg(k,l) = 1.0 / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
198             f3_mg(k,l) = 1.0 / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
199             f1_mg(k,l) = 2.0 * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) + &
200                          f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
201          ENDDO
202          nzt_l = nzt_l / 2
203          dx_l  = dx_l * 2.0
204          dy_l  = dy_l * 2.0
205       ENDDO
206
207    ENDIF
208
209!
210!-- Compute the reciprocal values of the horizontal grid lengths.
211    ddx = 1.0 / dx
212    ddy = 1.0 / dy
213    dx2 = dx * dx
214    dy2 = dy * dy
215    ddx2 = 1.0 / dx2
216    ddy2 = 1.0 / dy2
217
218!
219!-- Compute the grid-dependent mixing length.
220    DO  k = 1, nzt
221       l_grid(k)  = ( dx * dy * dzw(k) )**0.33333333333333
222    ENDDO
223
224!
225!-- Allocate outer and inner index arrays for topography and set
226!-- defaults.
227!-- nzb_local has to contain additional layers of ghost points for calculating
228!-- the flag arrays needed for the multigrid method
229    gls = 2**( maximum_grid_level )
230    ALLOCATE( corner_nl(nys:nyn,nxl:nxr), corner_nr(nys:nyn,nxl:nxr),       &
231              corner_sl(nys:nyn,nxl:nxr), corner_sr(nys:nyn,nxl:nxr),       &
232              nzb_local(-gls:ny+gls,-gls:nx+gls), nzb_tmp(-1:ny+1,-1:nx+1), &
233              wall_l(nys:nyn,nxl:nxr), wall_n(nys:nyn,nxl:nxr),             &
234              wall_r(nys:nyn,nxl:nxr), wall_s(nys:nyn,nxl:nxr) )
235    ALLOCATE( fwxm(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fwxp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
236              fwym(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fwyp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
237              fxm(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fxp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
238              fym(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fyp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
239              nzb_s_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
240              nzb_s_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
241              nzb_u_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
242              nzb_u_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
243              nzb_v_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
244              nzb_v_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
245              nzb_w_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
246              nzb_w_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
247              nzb_diff_s_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                    &
248              nzb_diff_s_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                    &
249              nzb_diff_u(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                          &
250              nzb_diff_v(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                          &
251              nzb_2d(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                              &
252              wall_e_x(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                            &
253              wall_e_y(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                            &
254              wall_u(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                              &
255              wall_v(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                              &
256              wall_w_x(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                            &
257              wall_w_y(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
258
259    ALLOCATE( l_wall(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
260
261    nzb_s_inner = nzb;  nzb_s_outer = nzb
262    nzb_u_inner = nzb;  nzb_u_outer = nzb
263    nzb_v_inner = nzb;  nzb_v_outer = nzb
264    nzb_w_inner = nzb;  nzb_w_outer = nzb
265
266!
267!-- Define vertical gridpoint from (or to) which on the usual finite difference
268!-- form (which does not use surface fluxes) is applied
269    IF ( prandtl_layer  .OR.  use_surface_fluxes )  THEN
270       nzb_diff = nzb + 2
271    ELSE
272       nzb_diff = nzb + 1
273    ENDIF
274    IF ( use_top_fluxes )  THEN
275       nzt_diff = nzt - 1
276    ELSE
277       nzt_diff = nzt
278    ENDIF
279
280    nzb_diff_s_inner = nzb_diff;  nzb_diff_s_outer = nzb_diff
281    nzb_diff_u = nzb_diff;  nzb_diff_v = nzb_diff
282
283    wall_e_x = 0.0;  wall_e_y = 0.0;  wall_u = 0.0;  wall_v = 0.0
284    wall_w_x = 0.0;  wall_w_y = 0.0
285    fwxp = 1.0;  fwxm = 1.0;  fwyp = 1.0;  fwym = 1.0
286    fxp  = 1.0;  fxm  = 1.0;  fyp  = 1.0;  fym  = 1.0
287
288!
289!-- Initialize near-wall mixing length l_wall only in the vertical direction
290!-- for the moment,
291!-- multiplication with wall_adjustment_factor near the end of this routine
292    l_wall(nzb,:,:)   = l_grid(1)
293    DO  k = nzb+1, nzt
294       l_wall(k,:,:)  = l_grid(k)
295    ENDDO
296    l_wall(nzt+1,:,:) = l_grid(nzt)
297
298    ALLOCATE ( vertical_influence(nzb:nzt) )
299    DO  k = 1, nzt
300       vertical_influence(k) = MIN ( INT( l_grid(k) / &
301                     ( wall_adjustment_factor * dzw(k) ) + 0.5 ), nzt - k )
302    ENDDO
303
304    DO  k = 1, MAXVAL( nzb_s_inner )
305       IF ( l_grid(k) > 1.5 * dx * wall_adjustment_factor .OR.  &
306            l_grid(k) > 1.5 * dy * wall_adjustment_factor )  THEN
307          IF ( myid == 0 )  THEN
308             PRINT*, '+++ WARNING: grid anisotropy exceeds '// &
309                           'threshold given by only local'
310             PRINT*, '             horizontal reduction of near_wall '// &
311                           'mixing length l_wall'
312             PRINT*, '             starting from height level k = ', k, '.'
313          ENDIF
314          EXIT
315       ENDIF
316    ENDDO
317    vertical_influence(0) = vertical_influence(1)
318
319    DO  i = nxl-1, nxr+1
320       DO  j = nys-1, nyn+1
321          DO  k = nzb_s_inner(j,i) + 1, &
322                  nzb_s_inner(j,i) + vertical_influence(nzb_s_inner(j,i))
323             l_wall(k,j,i) = zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i))
324          ENDDO
325       ENDDO
326    ENDDO
327
328!
329!-- Set outer and inner index arrays for non-flat topography.
330!-- Here consistency checks concerning domain size and periodicity are
331!-- necessary.
332!-- Within this SELECT CASE structure only nzb_local is initialized
333!-- individually depending on the chosen topography type, all other index
334!-- arrays are initialized further below.
335    SELECT CASE ( TRIM( topography ) )
336
337       CASE ( 'flat' )
338!
339!--       No actions necessary
340
341       CASE ( 'single_building' )
342!
343!--       Single rectangular building, by default centered in the middle of the
344!--       total domain
345          blx = NINT( building_length_x / dx )
346          bly = NINT( building_length_y / dy )
347          bh  = NINT( building_height / dz )
348
349          IF ( building_wall_left == 9999999.9 )  THEN
350             building_wall_left = ( nx + 1 - blx ) / 2 * dx
351          ENDIF
352          bxl = NINT( building_wall_left / dx )
353          bxr = bxl + blx
354
355          IF ( building_wall_south == 9999999.9 )  THEN
356             building_wall_south = ( ny + 1 - bly ) / 2 * dy
357          ENDIF
358          bys = NINT( building_wall_south / dy )
359          byn = bys + bly
360
361!
362!--       Building size has to meet some requirements
363          IF ( ( bxl < 1 ) .OR. ( bxr > nx-1 ) .OR. ( bxr < bxl+3 ) .OR.  &
364               ( bys < 1 ) .OR. ( byn > ny-1 ) .OR. ( byn < bys+3 ) )  THEN
365             IF ( myid == 0 )  THEN
366                PRINT*, '+++ init_grid: inconsistent building parameters:'
367                PRINT*, '               bxl=', bxl, 'bxr=', bxr, 'bys=', bys, &
368                                      'byn=', byn, 'nx=', nx, 'ny=', ny
369             ENDIF
370             CALL local_stop
371          ENDIF
372
373!
374!--       Set the actual total size of the building. Due to the staggered grid,
375!--       the building will be displaced by -0.5dx in x-direction and by -0.5dy
376!--       in y-direction compared to the scalar grid.
377          nzb_local = 0
378          nzb_local(bys:byn,bxl:bxr) = bh
379
380       CASE ( 'read_from_file' )
381!
382!--       Arbitrary irregular topography data in PALM format (exactly matching
383!--       the grid size and total domain size)
384          OPEN( 90, FILE='TOPOGRAPHY_DATA', STATUS='OLD', FORM='FORMATTED',  &
385               ERR=10 )
386          DO  j = ny, 0, -1
387             READ( 90, *, ERR=11, END=11 )  ( topo_height(j,i), i = 0, nx )
388          ENDDO
389!
390!--       Calculate the index height of the topography
391          DO  i = 0, nx
392             DO  j = 0, ny
393                nzb_local(j,i) = NINT( topo_height(j,i) / dz )
394             ENDDO
395          ENDDO
396!
397!--       Add cyclic boundaries (additional layers are for calculating flag
398!--       arrays needed for the multigrid sover)
399          nzb_local(-gls:-1,0:nx)     = nzb_local(ny-gls+1:ny,0:nx)
400          nzb_local(ny+1:ny+gls,0:nx) = nzb_local(0:gls-1,0:nx)
401          nzb_local(:,-gls:-1)        = nzb_local(:,nx-gls+1:nx)
402          nzb_local(:,nx+1:nx+gls)    = nzb_local(:,0:gls-1)
403     
404          GOTO 12
405
406 10       IF ( myid == 0 )  THEN
407             PRINT*, '+++ init_grid: file TOPOGRAPHY_DATA does not exist'
408          ENDIF
409          CALL local_stop
410
411 11       IF ( myid == 0 )  THEN
412             PRINT*, '+++ init_grid: errors in file TOPOGRAPHY_DATA'
413          ENDIF
414          CALL local_stop
415
416 12       CLOSE( 90 )
417
418       CASE DEFAULT
419!
420!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter topography
421!--       contains a wrong character string or if the user has coded a special
422!--       case in the user interface. There, the subroutine user_init_grid
423!--       checks which of these two conditions applies.
424          CALL user_init_grid( gls, nzb_local )
425
426    END SELECT
427
428!
429!-- Test output of nzb_local -1:ny+1,-1:nx+1
430!    WRITE (9,*)  '*** nzb_local ***'
431!    DO  j = ny+1, -1, -1
432!       WRITE (9,'(194(1X,I2))')  ( nzb_local(j,i), i = -1, nx+1 )
433!    ENDDO
434
435!
436!-- Consistency checks and index array initialization are only required for
437!-- non-flat topography, also the initialization of topography heigth arrays
438!-- zu_s_inner and zw_w_inner
439    IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
440
441!
442!--    Consistency checks
443       IF ( MINVAL( nzb_local ) < 0  .OR.  MAXVAL( nzb_local ) > nz + 1 )  THEN
444          IF ( myid == 0 )  THEN
445             PRINT*, '+++ init_grid: nzb_local values are outside the', &
446                          'model domain'
447             PRINT*, '               MINVAL( nzb_local ) = ', MINVAL(nzb_local)
448             PRINT*, '               MAXVAL( nzb_local ) = ', MAXVAL(nzb_local)
449          ENDIF
450          CALL local_stop
451       ENDIF
452
453       IF ( bc_lr == 'cyclic' )  THEN
454          IF ( ANY( nzb_local(:,-1) /= nzb_local(:,nx)   )  .OR. &
455               ANY( nzb_local(:,0)  /= nzb_local(:,nx+1) ) )  THEN
456             IF ( myid == 0 )  THEN
457                PRINT*, '+++ init_grid: nzb_local does not fulfill cyclic', &
458                        '               boundary condition in x-direction'
459             ENDIF
460             CALL local_stop
461          ENDIF
462       ENDIF
463       IF ( bc_ns == 'cyclic' )  THEN
464          IF ( ANY( nzb_local(-1,:) /= nzb_local(ny,:)   )  .OR. &
465               ANY( nzb_local(0,:)  /= nzb_local(ny+1,:) ) )  THEN
466             IF ( myid == 0 )  THEN
467                PRINT*, '+++ init_grid: nzb_local does not fulfill cyclic', &
468                        '               boundary condition in y-direction'
469             ENDIF
470             CALL local_stop
471          ENDIF
472       ENDIF
473
474!
475!--    The array nzb_local as defined above describes the actual total size of
476!--    topography which is defined by u=0 on the topography walls in x-direction
477!--    and by v=0 on the topography walls in y-direction. However, PALM uses
478!--    individual arrays nzb_u|v|w|s_inner|outer that are based on nzb_s_inner.
479!--    Therefore, the extent of topography in nzb_local is now reduced by 1dx
480!--    at the E topography walls and by 1dy at the N topography walls to form
481!--    the basis for nzb_s_inner.
482       DO  j = -gls, ny + gls
483          DO  i = -gls, nx
484             nzb_local(j,i) = MIN( nzb_local(j,i), nzb_local(j,i+1) )
485          ENDDO
486       ENDDO
487!--    apply cyclic boundary conditions in x-direction
488       nzb_local(:,nx+1:nx+gls) = nzb_local(:,0:gls-1)
489       DO  i = -gls, nx + gls
490          DO  j = -gls, ny
491             nzb_local(j,i) = MIN( nzb_local(j,i), nzb_local(j+1,i) )
492          ENDDO
493       ENDDO
494!--    apply cyclic boundary conditions in y-direction
495       nzb_local(ny+1:ny+gls,:) = nzb_local(0:gls-1,:)
496
497!
498!--    Initialize index arrays nzb_s_inner and nzb_w_inner
499       nzb_s_inner = nzb_local(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
500       nzb_w_inner = nzb_local(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
501
502!
503!--    Initialize remaining index arrays:
504!--    first pre-initialize them with nzb_s_inner...
505       nzb_u_inner = nzb_s_inner
506       nzb_u_outer = nzb_s_inner
507       nzb_v_inner = nzb_s_inner
508       nzb_v_outer = nzb_s_inner
509       nzb_w_outer = nzb_s_inner
510       nzb_s_outer = nzb_s_inner
511
512!
513!--    ...then extend pre-initialized arrays in their according directions
514!--    based on nzb_local using nzb_tmp as a temporary global index array
515
516!
517!--    nzb_s_outer:
518!--    extend nzb_local east-/westwards first, then north-/southwards
519       nzb_tmp = nzb_local(-1:ny+1,-1:nx+1)
520       DO  j = -1, ny + 1
521          DO  i = 0, nx
522             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j,i-1), nzb_local(j,i), &
523                                 nzb_local(j,i+1) )
524          ENDDO
525       ENDDO
526       DO  i = nxl, nxr
527          DO  j = nys, nyn
528             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i), &
529                                     nzb_tmp(j+1,i) )
530          ENDDO
531!
532!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
533!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
534          IF ( nys == 0 )  THEN
535             j = -1
536             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j+1,i), nzb_tmp(j,i) )
537          ENDIF
538          IF ( nys == ny )  THEN
539             j = ny + 1
540             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i) )
541          ENDIF
542       ENDDO
543!
544!--    nzb_w_outer:
545!--    identical to nzb_s_outer
546       nzb_w_outer = nzb_s_outer
547
548!
549!--    nzb_u_inner:
550!--    extend nzb_local rightwards only
551       nzb_tmp = nzb_local(-1:ny+1,-1:nx+1)
552       DO  j = -1, ny + 1
553          DO  i = 0, nx + 1
554             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j,i-1), nzb_local(j,i) )
555          ENDDO
556       ENDDO
557       nzb_u_inner = nzb_tmp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
558
559!
560!--    nzb_u_outer:
561!--    extend current nzb_tmp (nzb_u_inner) north-/southwards
562       DO  i = nxl, nxr
563          DO  j = nys, nyn
564             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i), &
565                                     nzb_tmp(j+1,i) )
566          ENDDO
567!
568!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
569!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
570          IF ( nys == 0 )  THEN
571             j = -1
572             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j+1,i), nzb_tmp(j,i) )
573          ENDIF
574          IF ( nys == ny )  THEN
575             j = ny + 1
576             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i) )
577          ENDIF
578       ENDDO
579
580!
581!--    nzb_v_inner:
582!--    extend nzb_local northwards only
583       nzb_tmp = nzb_local(-1:ny+1,-1:nx+1)
584       DO  i = -1, nx + 1
585          DO  j = 0, ny + 1
586             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j-1,i), nzb_local(j,i) )
587          ENDDO
588       ENDDO
589       nzb_v_inner = nzb_tmp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
590
591!
592!--    nzb_v_outer:
593!--    extend current nzb_tmp (nzb_v_inner) right-/leftwards
594       DO  j = nys, nyn
595          DO  i = nxl, nxr
596             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i-1), nzb_tmp(j,i), &
597                                     nzb_tmp(j,i+1) )
598          ENDDO
599!
600!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
601!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
602          IF ( nxl == 0 )  THEN
603             i = -1
604             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i+1), nzb_tmp(j,i) )
605          ENDIF
606          IF ( nxr == nx )  THEN
607             i = nx + 1
608             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i-1), nzb_tmp(j,i) )
609          ENDIF
610       ENDDO
611
612!
613!--    Exchange of lateral boundary values (parallel computers) and cyclic
614!--    boundary conditions, if applicable.
615!--    Since nzb_s_inner and nzb_w_inner are derived directly from nzb_local
616!--    they do not require exchange and are not included here.
617       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_u_inner )
618       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_u_outer )
619       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_v_inner )
620       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_v_outer )
621       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_w_outer )
622       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_s_outer )
623
624!
625!--    Allocate and set the arrays containing the topography height
626       IF ( myid == 0 )  THEN
627
628          ALLOCATE( zu_s_inner(0:nx+1,0:ny+1), zw_w_inner(0:nx+1,0:ny+1) )
629
630          DO  i = 0, nx + 1
631             DO  j = 0, ny + 1
632                zu_s_inner(i,j) = zu(nzb_local(j,i))
633                zw_w_inner(i,j) = zw(nzb_local(j,i))
634             ENDDO
635          ENDDO
636         
637       ENDIF
638
639    ENDIF
640
641!
642!-- Preliminary: to be removed after completion of the topography code!
643!-- Set the former default k index arrays nzb_2d
644    nzb_2d      = nzb
645
646!
647!-- Set the individual index arrays which define the k index from which on
648!-- the usual finite difference form (which does not use surface fluxes) is
649!-- applied
650    IF ( prandtl_layer  .OR.  use_surface_fluxes )  THEN
651       nzb_diff_u         = nzb_u_inner + 2
652       nzb_diff_v         = nzb_v_inner + 2
653       nzb_diff_s_inner   = nzb_s_inner + 2
654       nzb_diff_s_outer   = nzb_s_outer + 2
655    ELSE
656       nzb_diff_u         = nzb_u_inner + 1
657       nzb_diff_v         = nzb_v_inner + 1
658       nzb_diff_s_inner   = nzb_s_inner + 1
659       nzb_diff_s_outer   = nzb_s_outer + 1
660    ENDIF
661
662!
663!-- Calculation of wall switches and factors required by diffusion_u/v.f90 and
664!-- for limitation of near-wall mixing length l_wall further below
665    corner_nl = 0
666    corner_nr = 0
667    corner_sl = 0
668    corner_sr = 0
669    wall_l    = 0
670    wall_n    = 0
671    wall_r    = 0
672    wall_s    = 0
673
674    DO  i = nxl, nxr
675       DO  j = nys, nyn
676!
677!--       u-component
678          IF ( nzb_u_outer(j,i) > nzb_u_outer(j+1,i) )  THEN
679             wall_u(j,i) = 1.0   ! north wall (location of adjacent fluid)
680             fym(j,i)    = 0.0
681             fyp(j,i)    = 1.0
682          ELSEIF ( nzb_u_outer(j,i) > nzb_u_outer(j-1,i) )  THEN
683             wall_u(j,i) = 1.0   ! south wall (location of adjacent fluid)
684             fym(j,i)    = 1.0
685             fyp(j,i)    = 0.0
686          ENDIF
687!
688!--       v-component
689          IF ( nzb_v_outer(j,i) > nzb_v_outer(j,i+1) )  THEN
690             wall_v(j,i) = 1.0   ! rigth wall (location of adjacent fluid)
691             fxm(j,i)    = 0.0
692             fxp(j,i)    = 1.0
693          ELSEIF ( nzb_v_outer(j,i) > nzb_v_outer(j,i-1) )  THEN
694             wall_v(j,i) = 1.0   ! left wall (location of adjacent fluid)
695             fxm(j,i)    = 1.0
696             fxp(j,i)    = 0.0
697          ENDIF
698!
699!--       w-component, also used for scalars, separate arrays for shear
700!--       production of tke
701          IF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j+1,i) )  THEN
702             wall_e_y(j,i) =  1.0   ! north wall (location of adjacent fluid)
703             wall_w_y(j,i) =  1.0
704             fwym(j,i)     =  0.0
705             fwyp(j,i)     =  1.0
706          ELSEIF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j-1,i) )  THEN
707             wall_e_y(j,i) = -1.0   ! south wall (location of adjacent fluid)
708             wall_w_y(j,i) =  1.0
709             fwym(j,i)     =  1.0
710             fwyp(j,i)     =  0.0
711          ENDIF
712          IF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j,i+1) )  THEN
713             wall_e_x(j,i) =  1.0   ! right wall (location of adjacent fluid)
714             wall_w_x(j,i) =  1.0
715             fwxm(j,i)     =  0.0
716             fwxp(j,i)     =  1.0
717          ELSEIF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j,i-1) )  THEN
718             wall_e_x(j,i) = -1.0   ! left wall (location of adjacent fluid)
719             wall_w_x(j,i) =  1.0
720             fwxm(j,i)     =  1.0
721             fwxp(j,i)     =  0.0
722          ENDIF
723!
724!--       Wall and corner locations inside buildings for limitation of
725!--       near-wall mixing length l_wall
726          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j+1,i) )  THEN
727
728             wall_n(j,i) = nzb_s_inner(j+1,i) + 1            ! North wall
729
730             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
731                corner_nl(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j+1,i),  & ! Northleft corner
732                                      nzb_s_inner(j,i-1) ) + 1
733             ENDIF
734
735             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
736                corner_nr(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j+1,i),  & ! Northright corner
737                                      nzb_s_inner(j,i+1) ) + 1
738             ENDIF
739
740          ENDIF
741
742          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j-1,i) )  THEN
743
744             wall_s(j,i) = nzb_s_inner(j-1,i) + 1            ! South wall
745             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
746                corner_sl(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j-1,i),  & ! Southleft corner
747                                      nzb_s_inner(j,i-1) ) + 1
748             ENDIF
749
750             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
751                corner_sr(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j-1,i),  & ! Southright corner
752                                      nzb_s_inner(j,i+1) ) + 1
753             ENDIF
754
755          ENDIF
756
757          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
758             wall_l(j,i) = nzb_s_inner(j,i-1) + 1            ! Left wall
759          ENDIF
760
761          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
762             wall_r(j,i) = nzb_s_inner(j,i+1) + 1            ! Right wall
763          ENDIF
764
765       ENDDO
766    ENDDO
767
768!
769!-- Calculate wall flag arrays for the multigrid method
770    IF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
771!
772!--    Gridpoint increment of the current level
773       inc = 1
774
775       DO  l = maximum_grid_level, 1 , -1
776
777          nxl_l = nxl_mg(l)
778          nxr_l = nxr_mg(l)
779          nys_l = nys_mg(l)
780          nyn_l = nyn_mg(l)
781          nzt_l = nzt_mg(l)
782
783!
784!--       Assign the flag level to be calculated
785          SELECT CASE ( l )
786             CASE ( 1 )
787                flags => wall_flags_1
788             CASE ( 2 )
789                flags => wall_flags_2
790             CASE ( 3 )
791                flags => wall_flags_3
792             CASE ( 4 )
793                flags => wall_flags_4
794             CASE ( 5 )
795                flags => wall_flags_5
796             CASE ( 6 )
797                flags => wall_flags_6
798             CASE ( 7 )
799                flags => wall_flags_7
800             CASE ( 8 )
801                flags => wall_flags_8
802             CASE ( 9 )
803                flags => wall_flags_9
804             CASE ( 10 )
805                flags => wall_flags_10
806          END SELECT
807
808!
809!--       Depending on the grid level, set the respective bits in case of
810!--       neighbouring walls
811!--       Bit 0:  wall to the bottom
812!--       Bit 1:  wall to the top (not realized in remaining PALM code so far)
813!--       Bit 2:  wall to the south
814!--       Bit 3:  wall to the north
815!--       Bit 4:  wall to the left
816!--       Bit 5:  wall to the right
817!--       Bit 6:  inside building
818
819          flags = 0
820
821          DO  i = nxl_l-1, nxr_l+1
822             DO  j = nys_l-1, nyn_l+1
823                DO  k = nzb, nzt_l+1
824                         
825!
826!--                Inside/outside building (inside building does not need
827!--                further tests for walls)
828                   IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,i*inc) )  THEN
829
830                      flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 6 )
831
832                   ELSE
833!
834!--                   Bottom wall
835                      IF ( (k-1)*inc <= nzb_local(j*inc,i*inc) )  THEN
836                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 0 )
837                      ENDIF
838!
839!--                   South wall
840                      IF ( k*inc <= nzb_local((j-1)*inc,i*inc) )  THEN
841                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 2 )
842                      ENDIF
843!
844!--                   North wall
845                      IF ( k*inc <= nzb_local((j+1)*inc,i*inc) )  THEN
846                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 3 )
847                      ENDIF
848!
849!--                   Left wall
850                      IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,(i-1)*inc) )  THEN
851                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 4 )
852                      ENDIF
853!
854!--                   Right wall
855                      IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,(i+1)*inc) )  THEN
856                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 5 )
857                      ENDIF
858
859                   ENDIF
860                           
861                ENDDO
862             ENDDO
863          ENDDO
864
865!
866!--       Test output of flag arrays
867!          i = nxl_l
868!          WRITE (9,*)  ' '
869!          WRITE (9,*)  '*** mg level ', l, ' ***', mg_switch_to_pe0_level
870!          WRITE (9,*)  '    inc=', inc, '  i =', nxl_l
871!          WRITE (9,*)  '    nxl_l',nxl_l,' nxr_l=',nxr_l,' nys_l=',nys_l,' nyn_l=',nyn_l
872!          DO  k = nzt_l+1, nzb, -1
873!             WRITE (9,'(194(1X,I2))')  ( flags(k,j,i), j = nys_l-1, nyn_l+1 )
874!          ENDDO
875
876          inc = inc * 2
877
878       ENDDO
879
880    ENDIF
881
882!
883!-- In case of topography: limit near-wall mixing length l_wall further:
884!-- Go through all points of the subdomain one by one and look for the closest
885!-- surface
886    IF ( TRIM(topography) /= 'flat' )  THEN
887       DO  i = nxl, nxr
888          DO  j = nys, nyn
889
890             nzb_si = nzb_s_inner(j,i)
891             vi     = vertical_influence(nzb_si)
892
893             IF ( wall_n(j,i) > 0 )  THEN
894!
895!--             North wall (y distance)
896                DO  k = wall_n(j,i), nzb_si
897                   l_wall(k,j+1,i) = MIN( l_wall(k,j+1,i), 0.5 * dy )
898                ENDDO
899!
900!--             Above North wall (yz distance)
901                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
902                   l_wall(k,j+1,i) = MIN( l_wall(k,j+1,i),     &
903                                          SQRT( 0.25 * dy**2 + &
904                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
905                ENDDO
906!
907!--             Northleft corner (xy distance)
908                IF ( corner_nl(j,i) > 0 )  THEN
909                   DO  k = corner_nl(j,i), nzb_si
910                      l_wall(k,j+1,i-1) = MIN( l_wall(k,j+1,i-1), &
911                                               0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
912                   ENDDO
913!
914!--                Above Northleft corner (xyz distance)
915                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
916                      l_wall(k,j+1,i-1) = MIN( l_wall(k,j+1,i-1),             &
917                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
918                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
919                   ENDDO
920                ENDIF
921!
922!--             Northright corner (xy distance)
923                IF ( corner_nr(j,i) > 0 )  THEN
924                   DO  k = corner_nr(j,i), nzb_si
925                       l_wall(k,j+1,i+1) = MIN( l_wall(k,j+1,i+1), &
926                                                0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
927                   ENDDO
928!
929!--                Above northright corner (xyz distance)
930                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
931                      l_wall(k,j+1,i+1) = MIN( l_wall(k,j+1,i+1), &
932                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
933                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
934                   ENDDO
935                ENDIF
936             ENDIF
937
938             IF ( wall_s(j,i) > 0 )  THEN
939!
940!--             South wall (y distance)
941                DO  k = wall_s(j,i), nzb_si
942                   l_wall(k,j-1,i) = MIN( l_wall(k,j-1,i), 0.5 * dy )
943                ENDDO
944!
945!--             Above south wall (yz distance)
946                DO  k = nzb_si + 1, &
947                        nzb_si + vi
948                   l_wall(k,j-1,i) = MIN( l_wall(k,j-1,i),     &
949                                          SQRT( 0.25 * dy**2 + &
950                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
951                ENDDO
952!
953!--             Southleft corner (xy distance)
954                IF ( corner_sl(j,i) > 0 )  THEN
955                   DO  k = corner_sl(j,i), nzb_si
956                      l_wall(k,j-1,i-1) = MIN( l_wall(k,j-1,i-1), &
957                                               0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
958                   ENDDO
959!
960!--                Above southleft corner (xyz distance)
961                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
962                      l_wall(k,j-1,i-1) = MIN( l_wall(k,j-1,i-1),             &
963                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
964                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
965                   ENDDO
966                ENDIF
967!
968!--             Southright corner (xy distance)
969                IF ( corner_sr(j,i) > 0 )  THEN
970                   DO  k = corner_sr(j,i), nzb_si
971                      l_wall(k,j-1,i+1) = MIN( l_wall(k,j-1,i+1), &
972                                               0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
973                   ENDDO
974!
975!--                Above southright corner (xyz distance)
976                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
977                      l_wall(k,j-1,i+1) = MIN( l_wall(k,j-1,i+1),             &
978                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
979                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
980                   ENDDO
981                ENDIF
982
983             ENDIF
984
985             IF ( wall_l(j,i) > 0 )  THEN
986!
987!--             Left wall (x distance)
988                DO  k = wall_l(j,i), nzb_si
989                   l_wall(k,j,i-1) = MIN( l_wall(k,j,i-1), 0.5 * dx )
990                ENDDO
991!
992!--             Above left wall (xz distance)
993                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
994                   l_wall(k,j,i-1) = MIN( l_wall(k,j,i-1),     &
995                                          SQRT( 0.25 * dx**2 + &
996                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
997                ENDDO
998             ENDIF
999
1000             IF ( wall_r(j,i) > 0 )  THEN
1001!
1002!--             Right wall (x distance)
1003                DO  k = wall_r(j,i), nzb_si
1004                   l_wall(k,j,i+1) = MIN( l_wall(k,j,i+1), 0.5 * dx )
1005                ENDDO
1006!
1007!--             Above right wall (xz distance)
1008                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1009                   l_wall(k,j,i+1) = MIN( l_wall(k,j,i+1),     &
1010                                          SQRT( 0.25 * dx**2 + &
1011                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1012                ENDDO
1013
1014             ENDIF
1015
1016          ENDDO
1017       ENDDO
1018
1019    ENDIF
1020
1021!
1022!-- Multiplication with wall_adjustment_factor
1023    l_wall = wall_adjustment_factor * l_wall
1024
1025!
1026!-- Need to set lateral boundary conditions for l_wall
1027    CALL exchange_horiz( l_wall )
1028
1029    DEALLOCATE( corner_nl, corner_nr, corner_sl, corner_sr, nzb_local, &
1030                nzb_tmp, vertical_influence, wall_l, wall_n, wall_r, wall_s )
1031
1032
1033 END SUBROUTINE init_grid
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.