source: palm/trunk/SOURCE/lpm_init.f90 @ 1682

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Code annotations made doxygen readable

  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1!> @file lpm_init.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! -----------------
21! Code annotations made doxygen readable
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: lpm_init.f90 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop $
26!
27! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
28! initial vertical particle position is allowed to follow the topography
29!
30! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
31! New particle structure integrated.
32! Kind definition added to all floating point numbers.
33! lpm_init changed form a subroutine to a module.
34!
35! 1327 2014-03-21 11:00:16Z raasch
36! -netcdf_output
37!
38! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
39! REAL functions provided with KIND-attribute
40!
41! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
42! ONLY-attribute added to USE-statements,
43! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
44! kinds are defined in new module kinds,
45! revision history before 2012 removed,
46! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
47! all variable declaration statements
48! bugfix: #if defined( __parallel ) added
49!
50! 1314 2014-03-14 18:25:17Z suehring
51! Vertical logarithmic interpolation of horizontal particle speed for particles
52! between roughness height and first vertical grid level.
53!
54! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
55! unused variables removed
56!
57! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
58! code put under GPL (PALM 3.9)
59!
60! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
61! routine renamed: init_particles -> lpm_init
62! de_dx, de_dy, de_dz are allocated here (instead of automatic arrays in
63! advec_particles),
64! sort_particles renamed lpm_sort_arrays, user_init_particles renamed lpm_init
65!
66! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
67! call of init_kernels, particle feature color renamed class
68!
69! 824 2012-02-17 09:09:57Z raasch
70! particle attributes speed_x|y|z_sgs renamed rvar1|2|3,
71! array particles implemented as pointer
72!
73! 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring/gryschka
74! nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng for allocation
75! of arrays.
76!
77! Revision 1.1  1999/11/25 16:22:38  raasch
78! Initial revision
79!
80!
81! Description:
82! ------------
83!> This routine initializes a set of particles and their attributes (position,
84!> radius, ..) which are used by the Lagrangian particle model (see lpm).
85!------------------------------------------------------------------------------!
86 MODULE lpm_init_mod
87 
88
89    USE arrays_3d,                                                             &
90        ONLY:  de_dx, de_dy, de_dz, zu, zw, z0
91
92    USE cloud_parameters,                                                      &
93        ONLY:  curvature_solution_effects
94
95    USE control_parameters,                                                    &
96        ONLY:  cloud_droplets, current_timestep_number, dz,                    &
97               initializing_actions, message_string, netcdf_data_format,       &
98               ocean, prandtl_layer, simulated_time
99
100    USE dvrp_variables,                                                        &
101        ONLY:  particle_color, particle_dvrpsize
102
103    USE grid_variables,                                                        &
104        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
105
106    USE indices,                                                               &
107        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxrg, nxr, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nz, nzb,    &
108               nzb_w_inner, nzt
109
110    USE kinds
111
112    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
113        ONLY:  init_kernels
114
115    USE particle_attributes,                                                   &
116        ONLY:   alloc_factor, bc_par_b, bc_par_lr, bc_par_ns, bc_par_t,        &
117                block_offset, block_offset_def, collision_kernel,              &
118                density_ratio, dvrp_psize, grid_particles,                     &
119                initial_weighting_factor, ibc_par_b, ibc_par_lr, ibc_par_ns,   &
120                ibc_par_t, iran_part, log_z_z0,                                &
121                max_number_of_particle_groups, maximum_number_of_particles,    &
122                maximum_number_of_tailpoints, maximum_number_of_tails,         &
123                minimum_tailpoint_distance, min_nr_particle,                   &
124                mpi_particle_type, new_tail_id,                                &
125                number_of_initial_tails, number_of_particles,                  &
126                number_of_particle_groups, number_of_sublayers,                &
127                number_of_tails, offset_ocean_nzt, offset_ocean_nzt_m1,        & 
128                particles, particle_advection_start, particle_groups,          &
129                particle_groups_type, particles_per_point,                     &
130                particle_tail_coordinates,  particle_type, pdx, pdy, pdz,      &
131                prt_count, psb, psl, psn, psr, pss, pst,                       &
132                radius, random_start_position, read_particles_from_restartfile,&
133                seed_follows_topography, skip_particles_for_tail, sort_count,  &
134                tail_mask, total_number_of_particles, total_number_of_tails,   &
135                use_particle_tails, use_sgs_for_particles,                     &
136                write_particle_statistics, uniform_particles, zero_particle,   &
137                z0_av_global
138
139    USE pegrid
140
141    USE random_function_mod,                                                   &
142        ONLY:  random_function
143
144    IMPLICIT NONE
145
146    PRIVATE
147
148    INTEGER(iwp), PARAMETER         :: PHASE_INIT    = 1  !<
149    INTEGER(iwp), PARAMETER, PUBLIC :: PHASE_RELEASE = 2  !<
150
151    INTERFACE lpm_init
152       MODULE PROCEDURE lpm_init
153    END INTERFACE lpm_init
154
155    INTERFACE lpm_create_particle
156       MODULE PROCEDURE lpm_create_particle
157    END INTERFACE lpm_create_particle
158
159    PUBLIC lpm_init, lpm_create_particle
160
161CONTAINS
162
163!------------------------------------------------------------------------------!
164! Description:
165! ------------
166!> @todo Missing subroutine description.
167!------------------------------------------------------------------------------!
168 SUBROUTINE lpm_init
169
170    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
171        ONLY:  init_kernels
172
173    IMPLICIT NONE
174
175    INTEGER(iwp) ::  i                           !<
176    INTEGER(iwp) ::  ip                          !<
177    INTEGER(iwp) ::  j                           !<
178    INTEGER(iwp) ::  jp                          !<
179    INTEGER(iwp) ::  k                           !<
180    INTEGER(iwp) ::  kp                          !<
181    INTEGER(iwp) ::  n                           !<
182    INTEGER(iwp) ::  nn                          !<
183
184#if defined( __parallel )
185    INTEGER(iwp), DIMENSION(3) ::  blocklengths  !<
186    INTEGER(iwp), DIMENSION(3) ::  displacements !<
187    INTEGER(iwp), DIMENSION(3) ::  types         !<
188#endif
189    LOGICAL ::  uniform_particles_l              !<
190
191    REAL(wp) ::  height_int                      !<
192    REAL(wp) ::  height_p                        !<
193    REAL(wp) ::  z_p                             !<
194    REAL(wp) ::  z0_av_local                     !<
195
196#if defined( __parallel )
197!
198!-- Define MPI derived datatype for FORTRAN datatype particle_type (see module
199!-- particle_attributes). Integer length is 4 byte, Real is 8 byte
200#if defined( __twocachelines )
201    blocklengths(1)  =  7;  blocklengths(2)  =  18;  blocklengths(3)  =   1
202    displacements(1) =  0;  displacements(2) =  64;  displacements(3) = 128
203
204    types(1) = MPI_REAL                               ! 64 bit words
205    types(2) = MPI_INTEGER                            ! 32 Bit words
206    types(3) = MPI_UB
207#else
208    blocklengths(1)  = 19;  blocklengths(2)  =   6;  blocklengths(3)  =   1
209    displacements(1) =  0;  displacements(2) = 152;  displacements(3) = 176
210
211    types(1) = MPI_REAL
212    types(2) = MPI_INTEGER
213    types(3) = MPI_UB
214#endif
215    CALL MPI_TYPE_STRUCT( 3, blocklengths, displacements, types, &
216                          mpi_particle_type, ierr )
217    CALL MPI_TYPE_COMMIT( mpi_particle_type, ierr )
218#endif
219
220!
221!-- In case of oceans runs, the vertical index calculations need an offset,
222!-- because otherwise the k indices will become negative
223    IF ( ocean )  THEN
224       offset_ocean_nzt    = nzt
225       offset_ocean_nzt_m1 = nzt - 1
226    ENDIF
227
228!
229!-- Define block offsets for dividing a gridcell in 8 sub cells
230
231    block_offset(0) = block_offset_def (-1,-1,-1)
232    block_offset(1) = block_offset_def (-1,-1, 0)
233    block_offset(2) = block_offset_def (-1, 0,-1)
234    block_offset(3) = block_offset_def (-1, 0, 0)
235    block_offset(4) = block_offset_def ( 0,-1,-1)
236    block_offset(5) = block_offset_def ( 0,-1, 0)
237    block_offset(6) = block_offset_def ( 0, 0,-1)
238    block_offset(7) = block_offset_def ( 0, 0, 0)
239!
240!-- Check the number of particle groups.
241    IF ( number_of_particle_groups > max_number_of_particle_groups )  THEN
242       WRITE( message_string, * ) 'max_number_of_particle_groups =',      &
243                                  max_number_of_particle_groups ,         &
244                                  '&number_of_particle_groups reset to ', &
245                                  max_number_of_particle_groups
246       CALL message( 'lpm_init', 'PA0213', 0, 1, 0, 6, 0 )
247       number_of_particle_groups = max_number_of_particle_groups
248    ENDIF
249
250!
251!-- Set default start positions, if necessary
252    IF ( psl(1) == 9999999.9_wp )  psl(1) = -0.5_wp * dx
253    IF ( psr(1) == 9999999.9_wp )  psr(1) = ( nx + 0.5_wp ) * dx
254    IF ( pss(1) == 9999999.9_wp )  pss(1) = -0.5_wp * dy
255    IF ( psn(1) == 9999999.9_wp )  psn(1) = ( ny + 0.5_wp ) * dy
256    IF ( psb(1) == 9999999.9_wp )  psb(1) = zu(nz/2)
257    IF ( pst(1) == 9999999.9_wp )  pst(1) = psb(1)
258
259    IF ( pdx(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(1) == 0.0_wp )  pdx(1) = dx
260    IF ( pdy(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(1) == 0.0_wp )  pdy(1) = dy
261    IF ( pdz(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(1) == 0.0_wp )  pdz(1) = zu(2) - zu(1)
262
263    DO  j = 2, number_of_particle_groups
264       IF ( psl(j) == 9999999.9_wp )  psl(j) = psl(j-1)
265       IF ( psr(j) == 9999999.9_wp )  psr(j) = psr(j-1)
266       IF ( pss(j) == 9999999.9_wp )  pss(j) = pss(j-1)
267       IF ( psn(j) == 9999999.9_wp )  psn(j) = psn(j-1)
268       IF ( psb(j) == 9999999.9_wp )  psb(j) = psb(j-1)
269       IF ( pst(j) == 9999999.9_wp )  pst(j) = pst(j-1)
270       IF ( pdx(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(j) == 0.0_wp )  pdx(j) = pdx(j-1)
271       IF ( pdy(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(j) == 0.0_wp )  pdy(j) = pdy(j-1)
272       IF ( pdz(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(j) == 0.0_wp )  pdz(j) = pdz(j-1)
273    ENDDO
274
275!
276!-- Allocate arrays required for calculating particle SGS velocities
277    IF ( use_sgs_for_particles )  THEN
278       ALLOCATE( de_dx(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
279                 de_dy(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
280                 de_dz(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
281    ENDIF
282
283!
284!-- Allocate array required for logarithmic vertical interpolation of
285!-- horizontal particle velocities between the surface and the first vertical
286!-- grid level. In order to avoid repeated CPU cost-intensive CALLS of
287!-- intrinsic FORTRAN procedure LOG(z/z0), LOG(z/z0) is precalculated for
288!-- several heights. Splitting into 20 sublayers turned out to be sufficient.
289!-- To obtain exact height levels of particles, linear interpolation is applied
290!-- (see lpm_advec.f90).
291    IF ( prandtl_layer )  THEN
292       
293       ALLOCATE ( log_z_z0(0:number_of_sublayers) ) 
294       z_p         = zu(nzb+1) - zw(nzb)
295
296!
297!--    Calculate horizontal mean value of z0 used for logartihmic
298!--    interpolation. Note: this is not exact for heterogeneous z0.
299!--    However, sensitivity studies showed that the effect is
300!--    negligible.
301       z0_av_local  = SUM( z0(nys:nyn,nxl:nxr) )
302       z0_av_global = 0.0_wp
303
304#if defined( __parallel )
305       CALL MPI_ALLREDUCE(z0_av_local, z0_av_global, 1, MPI_REAL, MPI_SUM, &
306                          comm2d, ierr )
307#else
308       z0_av_global = z0_av_local
309#endif
310
311       z0_av_global = z0_av_global  / ( ( ny + 1 ) * ( nx + 1 ) )
312!
313!--    Horizontal wind speed is zero below and at z0
314       log_z_z0(0) = 0.0_wp
315!
316!--    Calculate vertical depth of the sublayers
317       height_int  = ( z_p - z0_av_global ) / REAL( number_of_sublayers, KIND=wp )
318!
319!--    Precalculate LOG(z/z0)
320       height_p    = 0.0_wp
321       DO  k = 1, number_of_sublayers
322
323          height_p    = height_p + height_int
324          log_z_z0(k) = LOG( height_p / z0_av_global )
325
326       ENDDO
327
328
329    ENDIF
330
331!
332!-- Check boundary condition and set internal variables
333    SELECT CASE ( bc_par_b )
334   
335       CASE ( 'absorb' )
336          ibc_par_b = 1
337
338       CASE ( 'reflect' )
339          ibc_par_b = 2
340         
341       CASE DEFAULT
342          WRITE( message_string, * )  'unknown boundary condition ',   &
343                                       'bc_par_b = "', TRIM( bc_par_b ), '"'
344          CALL message( 'lpm_init', 'PA0217', 1, 2, 0, 6, 0 )
345         
346    END SELECT
347    SELECT CASE ( bc_par_t )
348   
349       CASE ( 'absorb' )
350          ibc_par_t = 1
351
352       CASE ( 'reflect' )
353          ibc_par_t = 2
354         
355       CASE DEFAULT
356          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
357                                     'bc_par_t = "', TRIM( bc_par_t ), '"'
358          CALL message( 'lpm_init', 'PA0218', 1, 2, 0, 6, 0 )
359         
360    END SELECT
361    SELECT CASE ( bc_par_lr )
362
363       CASE ( 'cyclic' )
364          ibc_par_lr = 0
365
366       CASE ( 'absorb' )
367          ibc_par_lr = 1
368
369       CASE ( 'reflect' )
370          ibc_par_lr = 2
371         
372       CASE DEFAULT
373          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
374                                     'bc_par_lr = "', TRIM( bc_par_lr ), '"'
375          CALL message( 'lpm_init', 'PA0219', 1, 2, 0, 6, 0 )
376         
377    END SELECT
378    SELECT CASE ( bc_par_ns )
379
380       CASE ( 'cyclic' )
381          ibc_par_ns = 0
382
383       CASE ( 'absorb' )
384          ibc_par_ns = 1
385
386       CASE ( 'reflect' )
387          ibc_par_ns = 2
388         
389       CASE DEFAULT
390          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
391                                     'bc_par_ns = "', TRIM( bc_par_ns ), '"'
392          CALL message( 'lpm_init', 'PA0220', 1, 2, 0, 6, 0 )
393         
394    END SELECT
395
396!
397!-- Initialize collision kernels
398    IF ( collision_kernel /= 'none' )  CALL init_kernels
399
400!
401!-- For the first model run of a possible job chain initialize the
402!-- particles, otherwise read the particle data from restart file.
403    IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  &
404         .AND.  read_particles_from_restartfile )  THEN
405
406       CALL lpm_read_restart_file
407
408    ELSE
409
410!
411!--    Allocate particle arrays and set attributes of the initial set of
412!--    particles, which can be also periodically released at later times.
413!--    Also allocate array for particle tail coordinates, if needed.
414       ALLOCATE( prt_count(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
415                 grid_particles(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
416
417       maximum_number_of_particles = 0
418       number_of_particles         = 0
419
420       sort_count = 0
421       prt_count  = 0
422
423!
424!--    Initialize all particles with dummy values (otherwise errors may
425!--    occur within restart runs). The reason for this is still not clear
426!--    and may be presumably caused by errors in the respective user-interface.
427#if defined( __twocachelines )
428       zero_particle = particle_type( 0.0_wp, 0.0_sp, 0.0_sp, 0.0_sp, 0.0_sp,  &
429                                      0.0_sp, 0.0_sp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
430                                      0, .FALSE., 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,      &
431                                      0.0_sp, 0.0_sp, 0.0_sp, 0.0_sp, 0.0_sp,  &
432                                      0.0_sp, 0, 0, 0, -1)
433#else
434       zero_particle = particle_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
435                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
436                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
437                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0, 0, 0, &
438                                      0, .FALSE., -1)
439#endif
440       particle_groups = particle_groups_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
441
442!
443!--    Set the default particle size used for dvrp plots
444       IF ( dvrp_psize == 9999999.9_wp )  dvrp_psize = 0.2_wp * dx
445
446!
447!--    Set values for the density ratio and radius for all particle
448!--    groups, if necessary
449       IF ( density_ratio(1) == 9999999.9_wp )  density_ratio(1) = 0.0_wp
450       IF ( radius(1)        == 9999999.9_wp )  radius(1) = 0.0_wp
451       DO  i = 2, number_of_particle_groups
452          IF ( density_ratio(i) == 9999999.9_wp )  THEN
453             density_ratio(i) = density_ratio(i-1)
454          ENDIF
455          IF ( radius(i) == 9999999.9_wp )  radius(i) = radius(i-1)
456       ENDDO
457
458       DO  i = 1, number_of_particle_groups
459          IF ( density_ratio(i) /= 0.0_wp  .AND.  radius(i) == 0 )  THEN
460             WRITE( message_string, * ) 'particle group #', i, 'has a', &
461                                        'density ratio /= 0 but radius = 0'
462             CALL message( 'lpm_init', 'PA0215', 1, 2, 0, 6, 0 )
463          ENDIF
464          particle_groups(i)%density_ratio = density_ratio(i)
465          particle_groups(i)%radius        = radius(i)
466       ENDDO
467
468       CALL lpm_create_particle (PHASE_INIT)
469!
470!--    Set a seed value for the random number generator to be exclusively
471!--    used for the particle code. The generated random numbers should be
472!--    different on the different PEs.
473       iran_part = iran_part + myid
474
475!
476!--    User modification of initial particles
477       CALL user_lpm_init
478
479!
480!--    Open file for statistical informations about particle conditions
481       IF ( write_particle_statistics )  THEN
482          CALL check_open( 80 )
483          WRITE ( 80, 8000 )  current_timestep_number, simulated_time,         &
484                              number_of_particles,                             &
485                              maximum_number_of_particles
486          CALL close_file( 80 )
487       ENDIF
488
489!
490!--    Check if particles are really uniform in color and radius (dvrp_size)
491!--    (uniform_particles is preset TRUE)
492       IF ( uniform_particles )  THEN
493          DO  ip = nxl, nxr
494             DO  jp = nys, nyn
495                DO  kp = nzb+1, nzt
496
497                   n = prt_count(kp,jp,ip)
498                   IF ( MINVAL( grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:n)%dvrp_psize  ) ==     &
499                        MAXVAL( grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:n)%dvrp_psize  )  .AND. &
500                        MINVAL( grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:n)%class ) ==           &
501                        MAXVAL( grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:n)%class ) )  THEN
502                      uniform_particles_l = .TRUE.
503                   ELSE
504                      uniform_particles_l = .FALSE.
505                   ENDIF
506
507                ENDDO
508             ENDDO
509          ENDDO
510
511#if defined( __parallel )
512          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
513          CALL MPI_ALLREDUCE( uniform_particles_l, uniform_particles, 1,       &
514                              MPI_LOGICAL, MPI_LAND, comm2d, ierr )
515#else
516          uniform_particles = uniform_particles_l
517#endif
518
519       ENDIF
520
521!
522!--    Particles will probably become none-uniform, if their size and color
523!--    will be determined by flow variables
524       IF ( particle_color /= 'none'  .OR.  particle_dvrpsize /= 'none' )  THEN
525          uniform_particles = .FALSE.
526       ENDIF
527
528! !kk    Not implemented aft individual particle array fort every gridcell
529! !
530! !--    Set the beginning of the particle tails and their age
531!        IF ( use_particle_tails )  THEN
532! !
533! !--       Choose the maximum number of tails with respect to the maximum number
534! !--       of particles and skip_particles_for_tail
535!           maximum_number_of_tails = maximum_number_of_particles / &
536!                                     skip_particles_for_tail
537!
538! !
539! !--       Create a minimum number of tails in case that there is no tail
540! !--       initially (otherwise, index errors will occur when adressing the
541! !--       arrays below)
542!           IF ( maximum_number_of_tails == 0 )  maximum_number_of_tails = 10
543!
544!           ALLOCATE( particle_tail_coordinates(maximum_number_of_tailpoints,5, &
545!                     maximum_number_of_tails),                                 &
546!                     new_tail_id(maximum_number_of_tails),                     &
547!                     tail_mask(maximum_number_of_tails) )
548!
549!           particle_tail_coordinates  = 0.0_wp
550!           minimum_tailpoint_distance = minimum_tailpoint_distance**2
551!           number_of_initial_tails    = number_of_tails
552!
553!           nn = 0
554!           DO  n = 1, number_of_particles
555! !
556! !--          Only for those particles marked above with a provisional tail_id
557! !--          tails will be created. Particles now get their final tail_id.
558!              IF ( particles(n)%tail_id /= 0 )  THEN
559!
560!                 nn = nn + 1
561!                 particles(n)%tail_id = nn
562!
563!                 particle_tail_coordinates(1,1,nn) = particles(n)%x
564!                 particle_tail_coordinates(1,2,nn) = particles(n)%y
565!                 particle_tail_coordinates(1,3,nn) = particles(n)%z
566!                 particle_tail_coordinates(1,4,nn) = particles(n)%class
567!                 particles(n)%tailpoints = 1
568!                 IF ( minimum_tailpoint_distance /= 0.0_wp )  THEN
569!                    particle_tail_coordinates(2,1,nn) = particles(n)%x
570!                    particle_tail_coordinates(2,2,nn) = particles(n)%y
571!                    particle_tail_coordinates(2,3,nn) = particles(n)%z
572!                    particle_tail_coordinates(2,4,nn) = particles(n)%class
573!                    particle_tail_coordinates(1:2,5,nn) = 0.0_wp
574!                    particles(n)%tailpoints = 2
575!                 ENDIF
576!
577!              ENDIF
578!           ENDDO
579!        ENDIF
580!
581! !
582! !--    Plot initial positions of particles (only if particle advection is
583! !--    switched on from the beginning of the simulation (t=0))
584!        IF ( particle_advection_start == 0.0_wp )  CALL data_output_dvrp
585
586    ENDIF
587
588!
589!-- To avoid programm abort, assign particles array to the local version of
590!-- first grid cell
591    number_of_particles = prt_count(nzb+1,nys,nxl)
592    particles => grid_particles(nzb+1,nys,nxl)%particles(1:number_of_particles)
593
594!
595!-- Formats
5968000 FORMAT (I6,1X,F7.2,4X,I10,71X,I10)
597
598 END SUBROUTINE lpm_init
599
600!------------------------------------------------------------------------------!
601! Description:
602! ------------
603!> @todo Missing subroutine description.
604!------------------------------------------------------------------------------!
605 SUBROUTINE lpm_create_particle (phase)
606
607    USE lpm_exchange_horiz_mod,                                                &
608        ONLY: lpm_exchange_horiz, lpm_move_particle, realloc_particles_array
609
610    USE lpm_pack_arrays_mod,                                                   &
611        ONLY: lpm_pack_all_arrays
612
613    IMPLICIT  NONE
614
615    INTEGER(iwp)               ::  alloc_size  !<
616    INTEGER(iwp)               ::  i           !<
617    INTEGER(iwp)               ::  ip          !<
618    INTEGER(iwp)               ::  j           !<
619    INTEGER(iwp)               ::  jp          !<
620    INTEGER(iwp)               ::  kp          !<
621    INTEGER(iwp)               ::  loop_stride !<
622    INTEGER(iwp)               ::  n           !<
623    INTEGER(iwp)               ::  new_size    !<
624    INTEGER(iwp)               ::  nn          !<
625
626    INTEGER(iwp), INTENT(IN)   ::  phase       !<
627
628    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_count !<
629    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_start !<
630
631    LOGICAL                    ::  first_stride !<
632
633    REAL(wp)                   ::  pos_x !<
634    REAL(wp)                   ::  pos_y !<
635    REAL(wp)                   ::  pos_z !<
636
637    TYPE(particle_type),TARGET ::  tmp_particle !<
638
639!
640!-- Calculate particle positions and store particle attributes, if
641!-- particle is situated on this PE
642    DO  loop_stride = 1, 2
643       first_stride = (loop_stride == 1)
644       IF ( first_stride )   THEN
645          local_count = 0           ! count number of particles
646       ELSE
647          local_count = prt_count   ! Start address of new particles
648       ENDIF
649
650       n = 0
651       DO  i = 1, number_of_particle_groups
652
653          pos_z = psb(i)
654
655          DO WHILE ( pos_z <= pst(i) )
656
657             pos_y = pss(i)
658
659             DO WHILE ( pos_y <= psn(i) )
660
661                IF ( pos_y >= ( nys - 0.5_wp ) * dy  .AND.  &
662                     pos_y <  ( nyn + 0.5_wp ) * dy )  THEN
663
664                   pos_x = psl(i)
665
666            xloop: DO WHILE ( pos_x <= psr(i) )
667
668                      IF ( pos_x >= ( nxl - 0.5_wp ) * dx  .AND.  &
669                           pos_x <  ( nxr + 0.5_wp ) * dx )  THEN
670
671                         DO  j = 1, particles_per_point
672
673                            n = n + 1
674#if defined( __twocachelines )
675                            tmp_particle%x             = pos_x
676                            tmp_particle%y             = pos_y
677                            tmp_particle%z             = pos_z
678                            tmp_particle%age           = 0.0_sp
679                            tmp_particle%age_m         = 0.0_sp
680                            tmp_particle%dt_sum        = 0.0_wp
681                            tmp_particle%dvrp_psize    = dvrp_psize
682                            tmp_particle%e_m           = 0.0_sp
683                            IF ( curvature_solution_effects )  THEN
684!
685!--                            Initial values (internal timesteps, derivative)
686!--                            for Rosenbrock method
687                               tmp_particle%rvar1      = 1.0E-12_wp
688                               tmp_particle%rvar2      = 1.0E-3_wp
689                               tmp_particle%rvar3      = -9999999.9_wp
690                            ELSE
691!
692!--                            Initial values for SGS velocities
693                               tmp_particle%rvar1      = 0.0_wp
694                               tmp_particle%rvar2      = 0.0_wp
695                               tmp_particle%rvar3      = 0.0_wp
696                            ENDIF
697                            tmp_particle%speed_x       = 0.0_sp
698                            tmp_particle%speed_y       = 0.0_sp
699                            tmp_particle%speed_z       = 0.0_sp
700                            tmp_particle%origin_x      = pos_x
701                            tmp_particle%origin_y      = pos_y
702                            tmp_particle%origin_z      = pos_z
703                            tmp_particle%radius        = particle_groups(i)%radius
704                            tmp_particle%weight_factor = initial_weighting_factor
705                            tmp_particle%class         = 1
706                            tmp_particle%group         = i
707                            tmp_particle%tailpoints    = 0
708                            tmp_particle%particle_mask = .TRUE.
709#else
710                            tmp_particle%x             = pos_x
711                            tmp_particle%y             = pos_y
712                            tmp_particle%z             = pos_z
713                            tmp_particle%age           = 0.0_wp
714                            tmp_particle%age_m         = 0.0_wp
715                            tmp_particle%dt_sum        = 0.0_wp
716                            tmp_particle%dvrp_psize    = dvrp_psize
717                            tmp_particle%e_m           = 0.0_wp
718                            IF ( curvature_solution_effects )  THEN
719!
720!--                            Initial values (internal timesteps, derivative)
721!--                            for Rosenbrock method
722                               tmp_particle%rvar1      = 1.0E-12_wp
723                               tmp_particle%rvar2      = 1.0E-3_wp
724                               tmp_particle%rvar3      = -9999999.9_wp
725                            ELSE
726!
727!--                            Initial values for SGS velocities
728                               tmp_particle%rvar1      = 0.0_wp
729                               tmp_particle%rvar2      = 0.0_wp
730                               tmp_particle%rvar3      = 0.0_wp
731                            ENDIF
732                            tmp_particle%speed_x       = 0.0_wp
733                            tmp_particle%speed_y       = 0.0_wp
734                            tmp_particle%speed_z       = 0.0_wp
735                            tmp_particle%origin_x      = pos_x
736                            tmp_particle%origin_y      = pos_y
737                            tmp_particle%origin_z      = pos_z
738                            tmp_particle%radius        = particle_groups(i)%radius
739                            tmp_particle%weight_factor = initial_weighting_factor
740                            tmp_particle%class         = 1
741                            tmp_particle%group         = i
742                            tmp_particle%tailpoints    = 0
743                            tmp_particle%particle_mask = .TRUE.
744#endif
745                            IF ( use_particle_tails  .AND. &
746                                 MOD( n, skip_particles_for_tail ) == 0 )  THEN
747                               number_of_tails         = number_of_tails + 1
748!
749!--                            This is a temporary provisional setting (see
750!--                            further below!)
751                               tmp_particle%tail_id    = number_of_tails
752                            ELSE
753                               tmp_particle%tail_id    = 0
754                            ENDIF
755!
756!--                         Determine the grid indices of the particle position
757                            ip = ( tmp_particle%x + 0.5_wp * dx ) * ddx
758                            jp = ( tmp_particle%y + 0.5_wp * dy ) * ddy
759                            kp = tmp_particle%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt_m1
760
761                            IF ( seed_follows_topography )  THEN
762!
763!--                            Particle height is given relative to topography
764                               kp = kp + nzb_w_inner(jp,ip)
765                               tmp_particle%z = tmp_particle%z + zw(kp)
766                               IF ( kp > nzt )  THEN
767                                  pos_x = pos_x + pdx(i)
768                                  CYCLE xloop
769                               ENDIF
770                            ENDIF
771
772                            local_count(kp,jp,ip) = local_count(kp,jp,ip) + 1
773                            IF ( .NOT. first_stride )  THEN
774                               IF ( ip < nxl  .OR.  jp < nys  .OR.  kp < nzb+1 )  THEN
775                                  write(6,*) 'xl ',ip,jp,kp,nxl,nys,nzb+1
776                               ENDIF
777                               IF ( ip > nxr  .OR.  jp > nyn  .OR.  kp > nzt )  THEN
778                                  write(6,*) 'xu ',ip,jp,kp,nxr,nyn,nzt
779                               ENDIF
780                               grid_particles(kp,jp,ip)%particles(local_count(kp,jp,ip)) = tmp_particle
781                            ENDIF
782                         ENDDO
783
784                      ENDIF
785
786                      pos_x = pos_x + pdx(i)
787
788                   ENDDO xloop
789
790                ENDIF
791
792                pos_y = pos_y + pdy(i)
793
794             ENDDO
795
796             pos_z = pos_z + pdz(i)
797
798          ENDDO
799
800       ENDDO
801
802       IF ( first_stride )  THEN
803          DO  ip = nxl, nxr
804             DO  jp = nys, nyn
805                DO  kp = nzb+1, nzt
806                   IF ( phase == PHASE_INIT )  THEN
807                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
808                         alloc_size = MAX( INT( local_count(kp,jp,ip) *        &
809                            ( 1.0_wp + alloc_factor / 100.0_wp ) ),            &
810                            min_nr_particle )
811                      ELSE
812                         alloc_size = min_nr_particle
813                      ENDIF
814                      ALLOCATE(grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:alloc_size))
815                      DO  n = 1, alloc_size
816                         grid_particles(kp,jp,ip)%particles(n) = zero_particle
817                      ENDDO
818                   ELSEIF ( phase == PHASE_RELEASE )  THEN
819                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
820                         new_size   = local_count(kp,jp,ip) + prt_count(kp,jp,ip)
821                         alloc_size = MAX( INT( new_size * ( 1.0_wp +          &
822                            alloc_factor / 100.0_wp ) ), min_nr_particle )
823                         IF( alloc_size > SIZE( grid_particles(kp,jp,ip)%particles) )  THEN
824                           CALL realloc_particles_array(ip,jp,kp,alloc_size)
825                         ENDIF
826                      ENDIF
827                   ENDIF
828                ENDDO
829             ENDDO
830          ENDDO
831       ENDIF
832    ENDDO
833
834    local_start = prt_count+1
835    prt_count   = local_count
836!
837!-- Add random fluctuation to particle positions
838    IF ( random_start_position )  THEN
839       DO  ip = nxl, nxr
840          DO  jp = nys, nyn
841             DO  kp = nzb+1, nzt
842                number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
843                IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
844                particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
845
846                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles              !Move only new particles
847                   IF ( psl(particles(n)%group) /= psr(particles(n)%group) )  THEN
848                      particles(n)%x = particles(n)%x +                        &
849                                   ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
850                                   pdx(particles(n)%group)
851                   ENDIF
852                   IF ( pss(particles(n)%group) /= psn(particles(n)%group) )  THEN
853                      particles(n)%y = particles(n)%y +                        &
854                                   ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
855                                   pdy(particles(n)%group)
856                   ENDIF
857                   IF ( psb(particles(n)%group) /= pst(particles(n)%group) )  THEN
858                      particles(n)%z = particles(n)%z +                        &
859                                   ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
860                                   pdz(particles(n)%group)
861                   ENDIF
862                ENDDO
863!
864!--             Identify particles located outside the model domain
865                CALL lpm_boundary_conds( 'bottom/top' )
866             ENDDO
867          ENDDO
868       ENDDO
869!
870!--    Exchange particles between grid cells and processors
871       CALL lpm_move_particle
872       CALL lpm_exchange_horiz
873
874    ENDIF
875!
876!-- In case of random_start_position, delete particles identified by
877!-- lpm_exchange_horiz and lpm_boundary_conds. Then sort particles into blocks,
878!-- which is needed for a fast interpolation of the LES fields on the particle
879!-- position.
880    CALL lpm_pack_all_arrays
881
882!
883!-- Determine maximum number of particles (i.e., all possible particles that
884!-- have been allocated) and the current number of particles
885    DO  ip = nxl, nxr
886       DO  jp = nys, nyn
887          DO  kp = nzb+1, nzt
888             maximum_number_of_particles = maximum_number_of_particles         &
889                                           + SIZE(grid_particles(kp,jp,ip)%particles)
890             number_of_particles         = number_of_particles                 &
891                                           + prt_count(kp,jp,ip)
892          ENDDO
893       ENDDO
894    ENDDO
895!
896!-- Calculate the number of particles and tails of the total domain
897#if defined( __parallel )
898    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
899    CALL MPI_ALLREDUCE( number_of_particles, total_number_of_particles, 1, &
900    MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
901    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
902    CALL MPI_ALLREDUCE( number_of_tails, total_number_of_tails, 1, &
903    MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
904#else
905    total_number_of_particles = number_of_particles
906    total_number_of_tails     = number_of_tails
907#endif
908
909    RETURN
910
911 END SUBROUTINE lpm_create_particle
912
913END MODULE lpm_init_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.