source: palm/trunk/SOURCE/init_grid.f90 @ 226

Last change on this file since 226 was 226, checked in by raasch, 12 years ago

preparations for the next release

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 36.5 KB
Line 
1 SUBROUTINE init_grid
2
3!------------------------------------------------------------------------------!
4! Actual revisions:
5! -----------------
6!
7!
8! Former revisions:
9! -----------------
10! $Id: init_grid.f90 226 2009-02-02 07:39:34Z raasch $
11!
12! 217 2008-12-09 18:00:48Z letzel
13! +topography_grid_convention
14!
15! 134 2007-11-21 07:28:38Z letzel
16! Redefine initial nzb_local as the actual total size of topography (later the
17! extent of topography in nzb_local is reduced by 1dx at the E topography walls
18! and by 1dy at the N topography walls to form the basis for nzb_s_inner);
19! for consistency redefine 'single_building' case.
20! Calculation of wall flag arrays
21!
22! 94 2007-06-01 15:25:22Z raasch
23! Grid definition for ocean version
24!
25! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
26! storage of topography height arrays zu_s_inner and zw_s_inner,
27! 2nd+3rd argument removed from exchange horiz
28!
29! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
30! Setting of nzt_diff
31!
32! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
33!
34! Revision 1.17  2006/08/22 14:00:05  raasch
35! +dz_max to limit vertical stretching,
36! bugfix in index array initialization for line- or point-like topography
37! structures
38!
39! Revision 1.1  1997/08/11 06:17:45  raasch
40! Initial revision (Testversion)
41!
42!
43! Description:
44! ------------
45! Creating grid depending constants
46!------------------------------------------------------------------------------!
47
48    USE arrays_3d
49    USE control_parameters
50    USE grid_variables
51    USE indices
52    USE pegrid
53
54    IMPLICIT NONE
55
56    INTEGER ::  bh, blx, bly, bxl, bxr, byn, bys, gls, i, inc, i_center, j, &
57                j_center, k, l, nxl_l, nxr_l, nyn_l, nys_l, nzb_si, nzt_l, vi
58
59    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  vertical_influence
60
61    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  corner_nl, corner_nr, corner_sl,  &
62                                             corner_sr, wall_l, wall_n, wall_r,&
63                                             wall_s, nzb_local, nzb_tmp
64
65    REAL    ::  dx_l, dy_l, dz_stretched
66
67    REAL, DIMENSION(0:ny,0:nx)          ::  topo_height
68
69    REAL, DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  distance
70
71!
72!-- Allocate grid arrays
73    ALLOCATE( ddzu(1:nzt+1), ddzw(1:nzt+1), dd2zu(1:nzt), dzu(1:nzt+1), &
74              dzw(1:nzt+1), l_grid(1:nzt), zu(0:nzt+1), zw(0:nzt+1) )
75
76!
77!-- Compute height of u-levels from constant grid length and dz stretch factors
78    IF ( dz == -1.0 )  THEN
79       IF ( myid == 0 )  PRINT*,'+++ init_grid:  missing dz'
80       CALL local_stop
81    ELSEIF ( dz <= 0.0 )  THEN
82       IF ( myid == 0 )  PRINT*,'+++ init_grid:  dz=',dz,' <= 0.0'
83       CALL local_stop
84    ENDIF
85
86!
87!-- Define the vertical grid levels
88    IF ( .NOT. ocean )  THEN
89!
90!--    Grid for atmosphere with surface at z=0 (k=0, w-grid).
91!--    Since the w-level lies on the surface, the first u-level (staggered!)
92!--    lies below the surface (used for "mirror" boundary condition).
93!--    The first u-level above the surface corresponds to the top of the
94!--    Prandtl-layer.
95       zu(0) = - dz * 0.5
96       zu(1) =   dz * 0.5
97
98       dz_stretch_level_index = nzt+1
99       dz_stretched = dz
100       DO  k = 2, nzt+1
101          IF ( dz_stretch_level <= zu(k-1)  .AND.  dz_stretched < dz_max )  THEN
102             dz_stretched = dz_stretched * dz_stretch_factor
103             dz_stretched = MIN( dz_stretched, dz_max )
104             IF ( dz_stretch_level_index == nzt+1 ) dz_stretch_level_index = k-1
105          ENDIF
106          zu(k) = zu(k-1) + dz_stretched
107       ENDDO
108
109!
110!--    Compute the w-levels. They are always staggered half-way between the
111!--    corresponding u-levels. The top w-level is extrapolated linearly.
112       zw(0) = 0.0
113       DO  k = 1, nzt
114          zw(k) = ( zu(k) + zu(k+1) ) * 0.5
115       ENDDO
116       zw(nzt+1) = zw(nzt) + 2.0 * ( zu(nzt+1) - zw(nzt) )
117
118    ELSE
119!
120!--    Grid for ocean with solid surface at z=0 (k=0, w-grid). The free water
121!--    surface is at k=nzt (w-grid).
122!--    Since the w-level lies always on the surface, the first/last u-level
123!--    (staggered!) lies below the bottom surface / above the free surface.
124!--    It is used for "mirror" boundary condition.
125!--    The first u-level above the bottom surface corresponds to the top of the
126!--    Prandtl-layer.
127       zu(nzt+1) =   dz * 0.5
128       zu(nzt)   = - dz * 0.5
129
130       dz_stretch_level_index = 0
131       dz_stretched = dz
132       DO  k = nzt-1, 0, -1
133          IF ( dz_stretch_level <= ABS( zu(k+1) )  .AND.  &
134               dz_stretched < dz_max )  THEN
135             dz_stretched = dz_stretched * dz_stretch_factor
136             dz_stretched = MIN( dz_stretched, dz_max )
137             IF ( dz_stretch_level_index == 0 ) dz_stretch_level_index = k+1
138          ENDIF
139          zu(k) = zu(k+1) - dz_stretched
140       ENDDO
141
142!
143!--    Compute the w-levels. They are always staggered half-way between the
144!--    corresponding u-levels.
145!--    The top w-level (nzt+1) is not used but set for consistency, since
146!--    w and all scalar variables are defined up tp nzt+1.
147       zw(nzt+1) = dz
148       zw(nzt)   = 0.0
149       DO  k = 0, nzt
150          zw(k) = ( zu(k) + zu(k+1) ) * 0.5
151       ENDDO
152
153    ENDIF
154
155!
156!-- Compute grid lengths.
157    DO  k = 1, nzt+1
158       dzu(k)  = zu(k) - zu(k-1)
159       ddzu(k) = 1.0 / dzu(k)
160       dzw(k)  = zw(k) - zw(k-1)
161       ddzw(k) = 1.0 / dzw(k)
162    ENDDO
163
164    DO  k = 1, nzt
165       dd2zu(k) = 1.0 / ( dzu(k) + dzu(k+1) )
166    ENDDO
167
168!
169!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
170!-- grid levels
171    IF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
172
173       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level), ddy2_mg(maximum_grid_level), &
174                 dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level),                   &
175                 dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level),                   &
176                 f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level),                      &
177                 f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level),                      &
178                 f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
179
180       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
181       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
182       nzt_l = nzt
183       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
184           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0 * dzu_mg(nzb+1,l+1)
185           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0 * dzw_mg(nzb+1,l+1)
186           nzt_l = nzt_l / 2
187           DO  k = 2, nzt_l+1
188              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
189              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
190           ENDDO
191       ENDDO
192
193       nzt_l = nzt
194       dx_l  = dx
195       dy_l  = dy
196       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
197          ddx2_mg(l) = 1.0 / dx_l**2
198          ddy2_mg(l) = 1.0 / dy_l**2
199          DO  k = nzb+1, nzt_l
200             f2_mg(k,l) = 1.0 / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
201             f3_mg(k,l) = 1.0 / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
202             f1_mg(k,l) = 2.0 * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) + &
203                          f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
204          ENDDO
205          nzt_l = nzt_l / 2
206          dx_l  = dx_l * 2.0
207          dy_l  = dy_l * 2.0
208       ENDDO
209
210    ENDIF
211
212!
213!-- Compute the reciprocal values of the horizontal grid lengths.
214    ddx = 1.0 / dx
215    ddy = 1.0 / dy
216    dx2 = dx * dx
217    dy2 = dy * dy
218    ddx2 = 1.0 / dx2
219    ddy2 = 1.0 / dy2
220
221!
222!-- Compute the grid-dependent mixing length.
223    DO  k = 1, nzt
224       l_grid(k)  = ( dx * dy * dzw(k) )**0.33333333333333
225    ENDDO
226
227!
228!-- Allocate outer and inner index arrays for topography and set
229!-- defaults.
230!-- nzb_local has to contain additional layers of ghost points for calculating
231!-- the flag arrays needed for the multigrid method
232    gls = 2**( maximum_grid_level )
233    ALLOCATE( corner_nl(nys:nyn,nxl:nxr), corner_nr(nys:nyn,nxl:nxr),       &
234              corner_sl(nys:nyn,nxl:nxr), corner_sr(nys:nyn,nxl:nxr),       &
235              nzb_local(-gls:ny+gls,-gls:nx+gls), nzb_tmp(-1:ny+1,-1:nx+1), &
236              wall_l(nys:nyn,nxl:nxr), wall_n(nys:nyn,nxl:nxr),             &
237              wall_r(nys:nyn,nxl:nxr), wall_s(nys:nyn,nxl:nxr) )
238    ALLOCATE( fwxm(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fwxp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
239              fwym(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fwyp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
240              fxm(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fxp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
241              fym(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), fyp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
242              nzb_s_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
243              nzb_s_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
244              nzb_u_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
245              nzb_u_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
246              nzb_v_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
247              nzb_v_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
248              nzb_w_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
249              nzb_w_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                         &
250              nzb_diff_s_inner(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                    &
251              nzb_diff_s_outer(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                    &
252              nzb_diff_u(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                          &
253              nzb_diff_v(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                          &
254              nzb_2d(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                              &
255              wall_e_x(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                            &
256              wall_e_y(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                            &
257              wall_u(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                              &
258              wall_v(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                              &
259              wall_w_x(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                            &
260              wall_w_y(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
261
262    ALLOCATE( l_wall(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
263
264    nzb_s_inner = nzb;  nzb_s_outer = nzb
265    nzb_u_inner = nzb;  nzb_u_outer = nzb
266    nzb_v_inner = nzb;  nzb_v_outer = nzb
267    nzb_w_inner = nzb;  nzb_w_outer = nzb
268
269!
270!-- Define vertical gridpoint from (or to) which on the usual finite difference
271!-- form (which does not use surface fluxes) is applied
272    IF ( prandtl_layer  .OR.  use_surface_fluxes )  THEN
273       nzb_diff = nzb + 2
274    ELSE
275       nzb_diff = nzb + 1
276    ENDIF
277    IF ( use_top_fluxes )  THEN
278       nzt_diff = nzt - 1
279    ELSE
280       nzt_diff = nzt
281    ENDIF
282
283    nzb_diff_s_inner = nzb_diff;  nzb_diff_s_outer = nzb_diff
284    nzb_diff_u = nzb_diff;  nzb_diff_v = nzb_diff
285
286    wall_e_x = 0.0;  wall_e_y = 0.0;  wall_u = 0.0;  wall_v = 0.0
287    wall_w_x = 0.0;  wall_w_y = 0.0
288    fwxp = 1.0;  fwxm = 1.0;  fwyp = 1.0;  fwym = 1.0
289    fxp  = 1.0;  fxm  = 1.0;  fyp  = 1.0;  fym  = 1.0
290
291!
292!-- Initialize near-wall mixing length l_wall only in the vertical direction
293!-- for the moment,
294!-- multiplication with wall_adjustment_factor near the end of this routine
295    l_wall(nzb,:,:)   = l_grid(1)
296    DO  k = nzb+1, nzt
297       l_wall(k,:,:)  = l_grid(k)
298    ENDDO
299    l_wall(nzt+1,:,:) = l_grid(nzt)
300
301    ALLOCATE ( vertical_influence(nzb:nzt) )
302    DO  k = 1, nzt
303       vertical_influence(k) = MIN ( INT( l_grid(k) / &
304                     ( wall_adjustment_factor * dzw(k) ) + 0.5 ), nzt - k )
305    ENDDO
306
307    DO  k = 1, MAXVAL( nzb_s_inner )
308       IF ( l_grid(k) > 1.5 * dx * wall_adjustment_factor .OR.  &
309            l_grid(k) > 1.5 * dy * wall_adjustment_factor )  THEN
310          IF ( myid == 0 )  THEN
311             PRINT*, '+++ WARNING: grid anisotropy exceeds '// &
312                           'threshold given by only local'
313             PRINT*, '             horizontal reduction of near_wall '// &
314                           'mixing length l_wall'
315             PRINT*, '             starting from height level k = ', k, '.'
316          ENDIF
317          EXIT
318       ENDIF
319    ENDDO
320    vertical_influence(0) = vertical_influence(1)
321
322    DO  i = nxl-1, nxr+1
323       DO  j = nys-1, nyn+1
324          DO  k = nzb_s_inner(j,i) + 1, &
325                  nzb_s_inner(j,i) + vertical_influence(nzb_s_inner(j,i))
326             l_wall(k,j,i) = zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i))
327          ENDDO
328       ENDDO
329    ENDDO
330
331!
332!-- Set outer and inner index arrays for non-flat topography.
333!-- Here consistency checks concerning domain size and periodicity are
334!-- necessary.
335!-- Within this SELECT CASE structure only nzb_local is initialized
336!-- individually depending on the chosen topography type, all other index
337!-- arrays are initialized further below.
338    SELECT CASE ( TRIM( topography ) )
339
340       CASE ( 'flat' )
341!
342!--       No actions necessary
343
344       CASE ( 'single_building' )
345!
346!--       Single rectangular building, by default centered in the middle of the
347!--       total domain
348          blx = NINT( building_length_x / dx )
349          bly = NINT( building_length_y / dy )
350          bh  = NINT( building_height / dz )
351
352          IF ( building_wall_left == 9999999.9 )  THEN
353             building_wall_left = ( nx + 1 - blx ) / 2 * dx
354          ENDIF
355          bxl = NINT( building_wall_left / dx )
356          bxr = bxl + blx
357
358          IF ( building_wall_south == 9999999.9 )  THEN
359             building_wall_south = ( ny + 1 - bly ) / 2 * dy
360          ENDIF
361          bys = NINT( building_wall_south / dy )
362          byn = bys + bly
363
364!
365!--       Building size has to meet some requirements
366          IF ( ( bxl < 1 ) .OR. ( bxr > nx-1 ) .OR. ( bxr < bxl+3 ) .OR.  &
367               ( bys < 1 ) .OR. ( byn > ny-1 ) .OR. ( byn < bys+3 ) )  THEN
368             IF ( myid == 0 )  THEN
369                PRINT*, '+++ init_grid: inconsistent building parameters:'
370                PRINT*, '               bxl=', bxl, 'bxr=', bxr, 'bys=', bys, &
371                                      'byn=', byn, 'nx=', nx, 'ny=', ny
372             ENDIF
373             CALL local_stop
374          ENDIF
375
376!
377!--       Define the building.
378          nzb_local = 0
379          nzb_local(bys:byn,bxl:bxr) = bh
380
381       CASE ( 'read_from_file' )
382!
383!--       Arbitrary irregular topography data in PALM format (exactly matching
384!--       the grid size and total domain size)
385          OPEN( 90, FILE='TOPOGRAPHY_DATA', STATUS='OLD', FORM='FORMATTED',  &
386               ERR=10 )
387          DO  j = ny, 0, -1
388             READ( 90, *, ERR=11, END=11 )  ( topo_height(j,i), i = 0, nx )
389          ENDDO
390!
391!--       Calculate the index height of the topography
392          DO  i = 0, nx
393             DO  j = 0, ny
394                nzb_local(j,i) = NINT( topo_height(j,i) / dz )
395             ENDDO
396          ENDDO
397!
398!--       Add cyclic boundaries (additional layers are for calculating flag
399!--       arrays needed for the multigrid sover)
400          nzb_local(-gls:-1,0:nx)     = nzb_local(ny-gls+1:ny,0:nx)
401          nzb_local(ny+1:ny+gls,0:nx) = nzb_local(0:gls-1,0:nx)
402          nzb_local(:,-gls:-1)        = nzb_local(:,nx-gls+1:nx)
403          nzb_local(:,nx+1:nx+gls)    = nzb_local(:,0:gls-1)
404     
405          GOTO 12
406
407 10       IF ( myid == 0 )  THEN
408             PRINT*, '+++ init_grid: file TOPOGRAPHY_DATA does not exist'
409          ENDIF
410          CALL local_stop
411
412 11       IF ( myid == 0 )  THEN
413             PRINT*, '+++ init_grid: errors in file TOPOGRAPHY_DATA'
414          ENDIF
415          CALL local_stop
416
417 12       CLOSE( 90 )
418
419       CASE DEFAULT
420!
421!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter topography
422!--       contains a wrong character string or if the user has defined a special
423!--       case in the user interface. There, the subroutine user_init_grid
424!--       checks which of these two conditions applies.
425          CALL user_init_grid( gls, nzb_local )
426
427    END SELECT
428
429!
430!-- Test output of nzb_local -1:ny+1,-1:nx+1
431!    WRITE (9,*)  '*** nzb_local ***'
432!    DO  j = ny+1, -1, -1
433!       WRITE (9,'(194(1X,I2))')  ( nzb_local(j,i), i = -1, nx+1 )
434!    ENDDO
435
436!
437!-- Consistency checks and index array initialization are only required for
438!-- non-flat topography, also the initialization of topography height arrays
439!-- zu_s_inner and zw_w_inner
440    IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
441
442!
443!--    Consistency checks
444       IF ( MINVAL( nzb_local ) < 0  .OR.  MAXVAL( nzb_local ) > nz + 1 )  THEN
445          IF ( myid == 0 )  THEN
446             PRINT*, '+++ init_grid: nzb_local values are outside the', &
447                          'model domain'
448             PRINT*, '               MINVAL( nzb_local ) = ', MINVAL(nzb_local)
449             PRINT*, '               MAXVAL( nzb_local ) = ', MAXVAL(nzb_local)
450          ENDIF
451          CALL local_stop
452       ENDIF
453
454       IF ( bc_lr == 'cyclic' )  THEN
455          IF ( ANY( nzb_local(:,-1) /= nzb_local(:,nx)   )  .OR. &
456               ANY( nzb_local(:,0)  /= nzb_local(:,nx+1) ) )  THEN
457             IF ( myid == 0 )  THEN
458                PRINT*, '+++ init_grid: nzb_local does not fulfill cyclic', &
459                        '               boundary condition in x-direction'
460             ENDIF
461             CALL local_stop
462          ENDIF
463       ENDIF
464       IF ( bc_ns == 'cyclic' )  THEN
465          IF ( ANY( nzb_local(-1,:) /= nzb_local(ny,:)   )  .OR. &
466               ANY( nzb_local(0,:)  /= nzb_local(ny+1,:) ) )  THEN
467             IF ( myid == 0 )  THEN
468                PRINT*, '+++ init_grid: nzb_local does not fulfill cyclic', &
469                        '               boundary condition in y-direction'
470             ENDIF
471             CALL local_stop
472          ENDIF
473       ENDIF
474
475       IF ( topography_grid_convention == 'cell_edge' )  THEN
476!
477!--       The array nzb_local as defined using the 'cell_edge' convention
478!--       describes the actual total size of topography which is defined at the
479!--       cell edges where u=0 on the topography walls in x-direction and v=0
480!--       on the topography walls in y-direction. However, PALM uses individual
481!--       arrays nzb_u|v|w|s_inner|outer that are based on nzb_s_inner.
482!--       Therefore, the extent of topography in nzb_local is now reduced by
483!--       1dx at the E topography walls and by 1dy at the N topography walls
484!--       to form the basis for nzb_s_inner.
485          DO  j = -gls, ny + gls
486             DO  i = -gls, nx
487                nzb_local(j,i) = MIN( nzb_local(j,i), nzb_local(j,i+1) )
488             ENDDO
489          ENDDO
490!--       apply cyclic boundary conditions in x-direction
491!(ist das erforderlich? Ursache von Seung Bus Fehler?)
492          nzb_local(:,nx+1:nx+gls) = nzb_local(:,0:gls-1)
493          DO  i = -gls, nx + gls
494             DO  j = -gls, ny
495                nzb_local(j,i) = MIN( nzb_local(j,i), nzb_local(j+1,i) )
496             ENDDO
497          ENDDO
498!--       apply cyclic boundary conditions in y-direction
499!(ist das erforderlich? Ursache von Seung Bus Fehler?)
500          nzb_local(ny+1:ny+gls,:) = nzb_local(0:gls-1,:)
501       ENDIF
502
503!
504!--    Initialize index arrays nzb_s_inner and nzb_w_inner
505       nzb_s_inner = nzb_local(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
506       nzb_w_inner = nzb_local(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
507
508!
509!--    Initialize remaining index arrays:
510!--    first pre-initialize them with nzb_s_inner...
511       nzb_u_inner = nzb_s_inner
512       nzb_u_outer = nzb_s_inner
513       nzb_v_inner = nzb_s_inner
514       nzb_v_outer = nzb_s_inner
515       nzb_w_outer = nzb_s_inner
516       nzb_s_outer = nzb_s_inner
517
518!
519!--    ...then extend pre-initialized arrays in their according directions
520!--    based on nzb_local using nzb_tmp as a temporary global index array
521
522!
523!--    nzb_s_outer:
524!--    extend nzb_local east-/westwards first, then north-/southwards
525       nzb_tmp = nzb_local(-1:ny+1,-1:nx+1)
526       DO  j = -1, ny + 1
527          DO  i = 0, nx
528             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j,i-1), nzb_local(j,i), &
529                                 nzb_local(j,i+1) )
530          ENDDO
531       ENDDO
532       DO  i = nxl, nxr
533          DO  j = nys, nyn
534             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i), &
535                                     nzb_tmp(j+1,i) )
536          ENDDO
537!
538!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
539!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
540          IF ( nys == 0 )  THEN
541             j = -1
542             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j+1,i), nzb_tmp(j,i) )
543          ENDIF
544          IF ( nys == ny )  THEN
545             j = ny + 1
546             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i) )
547          ENDIF
548       ENDDO
549!
550!--    nzb_w_outer:
551!--    identical to nzb_s_outer
552       nzb_w_outer = nzb_s_outer
553
554!
555!--    nzb_u_inner:
556!--    extend nzb_local rightwards only
557       nzb_tmp = nzb_local(-1:ny+1,-1:nx+1)
558       DO  j = -1, ny + 1
559          DO  i = 0, nx + 1
560             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j,i-1), nzb_local(j,i) )
561          ENDDO
562       ENDDO
563       nzb_u_inner = nzb_tmp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
564
565!
566!--    nzb_u_outer:
567!--    extend current nzb_tmp (nzb_u_inner) north-/southwards
568       DO  i = nxl, nxr
569          DO  j = nys, nyn
570             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i), &
571                                     nzb_tmp(j+1,i) )
572          ENDDO
573!
574!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
575!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
576          IF ( nys == 0 )  THEN
577             j = -1
578             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j+1,i), nzb_tmp(j,i) )
579          ENDIF
580          IF ( nys == ny )  THEN
581             j = ny + 1
582             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i) )
583          ENDIF
584       ENDDO
585
586!
587!--    nzb_v_inner:
588!--    extend nzb_local northwards only
589       nzb_tmp = nzb_local(-1:ny+1,-1:nx+1)
590       DO  i = -1, nx + 1
591          DO  j = 0, ny + 1
592             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j-1,i), nzb_local(j,i) )
593          ENDDO
594       ENDDO
595       nzb_v_inner = nzb_tmp(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1)
596
597!
598!--    nzb_v_outer:
599!--    extend current nzb_tmp (nzb_v_inner) right-/leftwards
600       DO  j = nys, nyn
601          DO  i = nxl, nxr
602             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i-1), nzb_tmp(j,i), &
603                                     nzb_tmp(j,i+1) )
604          ENDDO
605!
606!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
607!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
608          IF ( nxl == 0 )  THEN
609             i = -1
610             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i+1), nzb_tmp(j,i) )
611          ENDIF
612          IF ( nxr == nx )  THEN
613             i = nx + 1
614             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i-1), nzb_tmp(j,i) )
615          ENDIF
616       ENDDO
617
618!
619!--    Exchange of lateral boundary values (parallel computers) and cyclic
620!--    boundary conditions, if applicable.
621!--    Since nzb_s_inner and nzb_w_inner are derived directly from nzb_local
622!--    they do not require exchange and are not included here.
623       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_u_inner )
624       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_u_outer )
625       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_v_inner )
626       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_v_outer )
627       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_w_outer )
628       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_s_outer )
629
630!
631!--    Allocate and set the arrays containing the topography height
632       IF ( myid == 0 )  THEN
633
634          ALLOCATE( zu_s_inner(0:nx+1,0:ny+1), zw_w_inner(0:nx+1,0:ny+1) )
635
636          DO  i = 0, nx + 1
637             DO  j = 0, ny + 1
638                zu_s_inner(i,j) = zu(nzb_local(j,i))
639                zw_w_inner(i,j) = zw(nzb_local(j,i))
640             ENDDO
641          ENDDO
642         
643       ENDIF
644
645    ENDIF
646
647!
648!-- Preliminary: to be removed after completion of the topography code!
649!-- Set the former default k index arrays nzb_2d
650    nzb_2d      = nzb
651
652!
653!-- Set the individual index arrays which define the k index from which on
654!-- the usual finite difference form (which does not use surface fluxes) is
655!-- applied
656    IF ( prandtl_layer  .OR.  use_surface_fluxes )  THEN
657       nzb_diff_u         = nzb_u_inner + 2
658       nzb_diff_v         = nzb_v_inner + 2
659       nzb_diff_s_inner   = nzb_s_inner + 2
660       nzb_diff_s_outer   = nzb_s_outer + 2
661    ELSE
662       nzb_diff_u         = nzb_u_inner + 1
663       nzb_diff_v         = nzb_v_inner + 1
664       nzb_diff_s_inner   = nzb_s_inner + 1
665       nzb_diff_s_outer   = nzb_s_outer + 1
666    ENDIF
667
668!
669!-- Calculation of wall switches and factors required by diffusion_u/v.f90 and
670!-- for limitation of near-wall mixing length l_wall further below
671    corner_nl = 0
672    corner_nr = 0
673    corner_sl = 0
674    corner_sr = 0
675    wall_l    = 0
676    wall_n    = 0
677    wall_r    = 0
678    wall_s    = 0
679
680    DO  i = nxl, nxr
681       DO  j = nys, nyn
682!
683!--       u-component
684          IF ( nzb_u_outer(j,i) > nzb_u_outer(j+1,i) )  THEN
685             wall_u(j,i) = 1.0   ! north wall (location of adjacent fluid)
686             fym(j,i)    = 0.0
687             fyp(j,i)    = 1.0
688          ELSEIF ( nzb_u_outer(j,i) > nzb_u_outer(j-1,i) )  THEN
689             wall_u(j,i) = 1.0   ! south wall (location of adjacent fluid)
690             fym(j,i)    = 1.0
691             fyp(j,i)    = 0.0
692          ENDIF
693!
694!--       v-component
695          IF ( nzb_v_outer(j,i) > nzb_v_outer(j,i+1) )  THEN
696             wall_v(j,i) = 1.0   ! rigth wall (location of adjacent fluid)
697             fxm(j,i)    = 0.0
698             fxp(j,i)    = 1.0
699          ELSEIF ( nzb_v_outer(j,i) > nzb_v_outer(j,i-1) )  THEN
700             wall_v(j,i) = 1.0   ! left wall (location of adjacent fluid)
701             fxm(j,i)    = 1.0
702             fxp(j,i)    = 0.0
703          ENDIF
704!
705!--       w-component, also used for scalars, separate arrays for shear
706!--       production of tke
707          IF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j+1,i) )  THEN
708             wall_e_y(j,i) =  1.0   ! north wall (location of adjacent fluid)
709             wall_w_y(j,i) =  1.0
710             fwym(j,i)     =  0.0
711             fwyp(j,i)     =  1.0
712          ELSEIF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j-1,i) )  THEN
713             wall_e_y(j,i) = -1.0   ! south wall (location of adjacent fluid)
714             wall_w_y(j,i) =  1.0
715             fwym(j,i)     =  1.0
716             fwyp(j,i)     =  0.0
717          ENDIF
718          IF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j,i+1) )  THEN
719             wall_e_x(j,i) =  1.0   ! right wall (location of adjacent fluid)
720             wall_w_x(j,i) =  1.0
721             fwxm(j,i)     =  0.0
722             fwxp(j,i)     =  1.0
723          ELSEIF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j,i-1) )  THEN
724             wall_e_x(j,i) = -1.0   ! left wall (location of adjacent fluid)
725             wall_w_x(j,i) =  1.0
726             fwxm(j,i)     =  1.0
727             fwxp(j,i)     =  0.0
728          ENDIF
729!
730!--       Wall and corner locations inside buildings for limitation of
731!--       near-wall mixing length l_wall
732          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j+1,i) )  THEN
733
734             wall_n(j,i) = nzb_s_inner(j+1,i) + 1            ! North wall
735
736             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
737                corner_nl(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j+1,i),  & ! Northleft corner
738                                      nzb_s_inner(j,i-1) ) + 1
739             ENDIF
740
741             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
742                corner_nr(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j+1,i),  & ! Northright corner
743                                      nzb_s_inner(j,i+1) ) + 1
744             ENDIF
745
746          ENDIF
747
748          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j-1,i) )  THEN
749
750             wall_s(j,i) = nzb_s_inner(j-1,i) + 1            ! South wall
751             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
752                corner_sl(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j-1,i),  & ! Southleft corner
753                                      nzb_s_inner(j,i-1) ) + 1
754             ENDIF
755
756             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
757                corner_sr(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j-1,i),  & ! Southright corner
758                                      nzb_s_inner(j,i+1) ) + 1
759             ENDIF
760
761          ENDIF
762
763          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
764             wall_l(j,i) = nzb_s_inner(j,i-1) + 1            ! Left wall
765          ENDIF
766
767          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
768             wall_r(j,i) = nzb_s_inner(j,i+1) + 1            ! Right wall
769          ENDIF
770
771       ENDDO
772    ENDDO
773
774!
775!-- Calculate wall flag arrays for the multigrid method
776    IF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
777!
778!--    Gridpoint increment of the current level
779       inc = 1
780
781       DO  l = maximum_grid_level, 1 , -1
782
783          nxl_l = nxl_mg(l)
784          nxr_l = nxr_mg(l)
785          nys_l = nys_mg(l)
786          nyn_l = nyn_mg(l)
787          nzt_l = nzt_mg(l)
788
789!
790!--       Assign the flag level to be calculated
791          SELECT CASE ( l )
792             CASE ( 1 )
793                flags => wall_flags_1
794             CASE ( 2 )
795                flags => wall_flags_2
796             CASE ( 3 )
797                flags => wall_flags_3
798             CASE ( 4 )
799                flags => wall_flags_4
800             CASE ( 5 )
801                flags => wall_flags_5
802             CASE ( 6 )
803                flags => wall_flags_6
804             CASE ( 7 )
805                flags => wall_flags_7
806             CASE ( 8 )
807                flags => wall_flags_8
808             CASE ( 9 )
809                flags => wall_flags_9
810             CASE ( 10 )
811                flags => wall_flags_10
812          END SELECT
813
814!
815!--       Depending on the grid level, set the respective bits in case of
816!--       neighbouring walls
817!--       Bit 0:  wall to the bottom
818!--       Bit 1:  wall to the top (not realized in remaining PALM code so far)
819!--       Bit 2:  wall to the south
820!--       Bit 3:  wall to the north
821!--       Bit 4:  wall to the left
822!--       Bit 5:  wall to the right
823!--       Bit 6:  inside building
824
825          flags = 0
826
827          DO  i = nxl_l-1, nxr_l+1
828             DO  j = nys_l-1, nyn_l+1
829                DO  k = nzb, nzt_l+1
830                         
831!
832!--                Inside/outside building (inside building does not need
833!--                further tests for walls)
834                   IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,i*inc) )  THEN
835
836                      flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 6 )
837
838                   ELSE
839!
840!--                   Bottom wall
841                      IF ( (k-1)*inc <= nzb_local(j*inc,i*inc) )  THEN
842                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 0 )
843                      ENDIF
844!
845!--                   South wall
846                      IF ( k*inc <= nzb_local((j-1)*inc,i*inc) )  THEN
847                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 2 )
848                      ENDIF
849!
850!--                   North wall
851                      IF ( k*inc <= nzb_local((j+1)*inc,i*inc) )  THEN
852                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 3 )
853                      ENDIF
854!
855!--                   Left wall
856                      IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,(i-1)*inc) )  THEN
857                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 4 )
858                      ENDIF
859!
860!--                   Right wall
861                      IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,(i+1)*inc) )  THEN
862                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 5 )
863                      ENDIF
864
865                   ENDIF
866                           
867                ENDDO
868             ENDDO
869          ENDDO
870
871!
872!--       Test output of flag arrays
873!          i = nxl_l
874!          WRITE (9,*)  ' '
875!          WRITE (9,*)  '*** mg level ', l, ' ***', mg_switch_to_pe0_level
876!          WRITE (9,*)  '    inc=', inc, '  i =', nxl_l
877!          WRITE (9,*)  '    nxl_l',nxl_l,' nxr_l=',nxr_l,' nys_l=',nys_l,' nyn_l=',nyn_l
878!          DO  k = nzt_l+1, nzb, -1
879!             WRITE (9,'(194(1X,I2))')  ( flags(k,j,i), j = nys_l-1, nyn_l+1 )
880!          ENDDO
881
882          inc = inc * 2
883
884       ENDDO
885
886    ENDIF
887
888!
889!-- In case of topography: limit near-wall mixing length l_wall further:
890!-- Go through all points of the subdomain one by one and look for the closest
891!-- surface
892    IF ( TRIM(topography) /= 'flat' )  THEN
893       DO  i = nxl, nxr
894          DO  j = nys, nyn
895
896             nzb_si = nzb_s_inner(j,i)
897             vi     = vertical_influence(nzb_si)
898
899             IF ( wall_n(j,i) > 0 )  THEN
900!
901!--             North wall (y distance)
902                DO  k = wall_n(j,i), nzb_si
903                   l_wall(k,j+1,i) = MIN( l_wall(k,j+1,i), 0.5 * dy )
904                ENDDO
905!
906!--             Above North wall (yz distance)
907                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
908                   l_wall(k,j+1,i) = MIN( l_wall(k,j+1,i),     &
909                                          SQRT( 0.25 * dy**2 + &
910                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
911                ENDDO
912!
913!--             Northleft corner (xy distance)
914                IF ( corner_nl(j,i) > 0 )  THEN
915                   DO  k = corner_nl(j,i), nzb_si
916                      l_wall(k,j+1,i-1) = MIN( l_wall(k,j+1,i-1), &
917                                               0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
918                   ENDDO
919!
920!--                Above Northleft corner (xyz distance)
921                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
922                      l_wall(k,j+1,i-1) = MIN( l_wall(k,j+1,i-1),             &
923                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
924                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
925                   ENDDO
926                ENDIF
927!
928!--             Northright corner (xy distance)
929                IF ( corner_nr(j,i) > 0 )  THEN
930                   DO  k = corner_nr(j,i), nzb_si
931                       l_wall(k,j+1,i+1) = MIN( l_wall(k,j+1,i+1), &
932                                                0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
933                   ENDDO
934!
935!--                Above northright corner (xyz distance)
936                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
937                      l_wall(k,j+1,i+1) = MIN( l_wall(k,j+1,i+1), &
938                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
939                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
940                   ENDDO
941                ENDIF
942             ENDIF
943
944             IF ( wall_s(j,i) > 0 )  THEN
945!
946!--             South wall (y distance)
947                DO  k = wall_s(j,i), nzb_si
948                   l_wall(k,j-1,i) = MIN( l_wall(k,j-1,i), 0.5 * dy )
949                ENDDO
950!
951!--             Above south wall (yz distance)
952                DO  k = nzb_si + 1, &
953                        nzb_si + vi
954                   l_wall(k,j-1,i) = MIN( l_wall(k,j-1,i),     &
955                                          SQRT( 0.25 * dy**2 + &
956                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
957                ENDDO
958!
959!--             Southleft corner (xy distance)
960                IF ( corner_sl(j,i) > 0 )  THEN
961                   DO  k = corner_sl(j,i), nzb_si
962                      l_wall(k,j-1,i-1) = MIN( l_wall(k,j-1,i-1), &
963                                               0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
964                   ENDDO
965!
966!--                Above southleft corner (xyz distance)
967                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
968                      l_wall(k,j-1,i-1) = MIN( l_wall(k,j-1,i-1),             &
969                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
970                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
971                   ENDDO
972                ENDIF
973!
974!--             Southright corner (xy distance)
975                IF ( corner_sr(j,i) > 0 )  THEN
976                   DO  k = corner_sr(j,i), nzb_si
977                      l_wall(k,j-1,i+1) = MIN( l_wall(k,j-1,i+1), &
978                                               0.5 * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
979                   ENDDO
980!
981!--                Above southright corner (xyz distance)
982                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
983                      l_wall(k,j-1,i+1) = MIN( l_wall(k,j-1,i+1),             &
984                                               SQRT( 0.25 * (dx**2 + dy**2) + &
985                                               ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
986                   ENDDO
987                ENDIF
988
989             ENDIF
990
991             IF ( wall_l(j,i) > 0 )  THEN
992!
993!--             Left wall (x distance)
994                DO  k = wall_l(j,i), nzb_si
995                   l_wall(k,j,i-1) = MIN( l_wall(k,j,i-1), 0.5 * dx )
996                ENDDO
997!
998!--             Above left wall (xz distance)
999                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1000                   l_wall(k,j,i-1) = MIN( l_wall(k,j,i-1),     &
1001                                          SQRT( 0.25 * dx**2 + &
1002                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1003                ENDDO
1004             ENDIF
1005
1006             IF ( wall_r(j,i) > 0 )  THEN
1007!
1008!--             Right wall (x distance)
1009                DO  k = wall_r(j,i), nzb_si
1010                   l_wall(k,j,i+1) = MIN( l_wall(k,j,i+1), 0.5 * dx )
1011                ENDDO
1012!
1013!--             Above right wall (xz distance)
1014                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1015                   l_wall(k,j,i+1) = MIN( l_wall(k,j,i+1),     &
1016                                          SQRT( 0.25 * dx**2 + &
1017                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1018                ENDDO
1019
1020             ENDIF
1021
1022          ENDDO
1023       ENDDO
1024
1025    ENDIF
1026
1027!
1028!-- Multiplication with wall_adjustment_factor
1029    l_wall = wall_adjustment_factor * l_wall
1030
1031!
1032!-- Need to set lateral boundary conditions for l_wall
1033    CALL exchange_horiz( l_wall )
1034
1035    DEALLOCATE( corner_nl, corner_nr, corner_sl, corner_sr, nzb_local, &
1036                nzb_tmp, vertical_influence, wall_l, wall_n, wall_r, wall_s )
1037
1038
1039 END SUBROUTINE init_grid
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.