source: palm/trunk/SOURCE/lpm_init_sgs_tke.f90 @ 1834

Last change on this file since 1834 was 1823, checked in by hoffmann, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 9.3 KB
Line 
1!> @file lpm_init_sgs_tke.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 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! ------------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: lpm_init_sgs_tke.f90 1823 2016-04-07 08:57:52Z raasch $
26!
27! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
28! Unused variables removed.
29!
30! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
31! Code annotations made doxygen readable
32!
33! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
34! New particle structure integrated.
35! Kind definition added to all floating point numbers.
36!
37! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
38! ONLY-attribute added to USE-statements,
39! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
40! kinds are defined in new module kinds,
41! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
42! all variable declaration statements
43!
44! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
45! code put under GPL (PALM 3.9)
46!
47! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
48! initial revision (former part of advec_particles)
49!
50!
51! Description:
52! ------------
53!> Calculates quantities required for considering the SGS velocity fluctuations
54!> in the particle transport by a stochastic approach. The respective
55!> quantities are: SGS-TKE gradients and horizontally averaged profiles of the
56!> SGS TKE and the resolved-scale velocity variances.
57!------------------------------------------------------------------------------!
58 SUBROUTINE lpm_init_sgs_tke
59 
60
61    USE arrays_3d,                                                             &
62        ONLY:  de_dx, de_dy, de_dz, diss, e, u, v, w, zu
63
64    USE grid_variables,                                                        &
65        ONLY:  ddx, ddy
66
67    USE indices,                                                               &
68        ONLY:  nbgp, ngp_2dh_outer, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzb_s_inner,      &
69               nzb_s_outer, nzt
70
71    USE kinds
72
73    USE particle_attributes,                                                   &
74        ONLY:  sgs_wfu_part, sgs_wfv_part, sgs_wfw_part
75
76    USE pegrid
77
78    USE statistics,                                                            &
79        ONLY:  flow_statistics_called, hom, sums, sums_l
80
81    IMPLICIT NONE
82
83    INTEGER(iwp) ::  i      !<
84    INTEGER(iwp) ::  j      !<
85    INTEGER(iwp) ::  k      !<
86
87
88!
89!-- TKE gradient along x and y
90    DO  i = nxl, nxr
91       DO  j = nys, nyn
92          DO  k = nzb, nzt+1
93
94             IF ( k <= nzb_s_inner(j,i-1)  .AND.  k > nzb_s_inner(j,i)  .AND.  &
95                  k  > nzb_s_inner(j,i+1) )                                    &
96             THEN
97                de_dx(k,j,i) = 2.0_wp * sgs_wfu_part *                         &
98                               ( e(k,j,i+1) - e(k,j,i) ) * ddx
99             ELSEIF ( k  > nzb_s_inner(j,i-1)  .AND.  k > nzb_s_inner(j,i)     &
100                      .AND.  k <= nzb_s_inner(j,i+1) )                         &
101             THEN
102                de_dx(k,j,i) = 2.0_wp * sgs_wfu_part *                         &
103                               ( e(k,j,i) - e(k,j,i-1) ) * ddx
104             ELSEIF ( k < nzb_s_inner(j,i)  .AND.  k < nzb_s_inner(j,i+1) )    &
105             THEN
106                de_dx(k,j,i) = 0.0_wp
107             ELSEIF ( k < nzb_s_inner(j,i-1)  .AND.  k < nzb_s_inner(j,i) )    &
108             THEN
109                de_dx(k,j,i) = 0.0_wp
110             ELSE
111                de_dx(k,j,i) = sgs_wfu_part * ( e(k,j,i+1) - e(k,j,i-1) ) * ddx
112             ENDIF
113
114             IF ( k <= nzb_s_inner(j-1,i)  .AND.  k > nzb_s_inner(j,i)  .AND.  &
115                  k  > nzb_s_inner(j+1,i) )                                    &
116             THEN
117                de_dy(k,j,i) = 2.0_wp * sgs_wfv_part *                         &
118                               ( e(k,j+1,i) - e(k,j,i) ) * ddy
119             ELSEIF ( k  > nzb_s_inner(j-1,i)  .AND.  k  > nzb_s_inner(j,i)    &
120                      .AND.  k <= nzb_s_inner(j+1,i) )                         &
121             THEN
122                de_dy(k,j,i) = 2.0_wp * sgs_wfv_part *                         &
123                               ( e(k,j,i) - e(k,j-1,i) ) * ddy
124             ELSEIF ( k < nzb_s_inner(j,i)  .AND.  k < nzb_s_inner(j+1,i) )    &
125             THEN
126                de_dy(k,j,i) = 0.0_wp
127             ELSEIF ( k < nzb_s_inner(j-1,i)  .AND.  k < nzb_s_inner(j,i) )    &
128             THEN
129                de_dy(k,j,i) = 0.0_wp
130             ELSE
131                de_dy(k,j,i) = sgs_wfv_part * ( e(k,j+1,i) - e(k,j-1,i) ) * ddy
132             ENDIF
133
134          ENDDO
135       ENDDO
136    ENDDO
137
138!
139!-- TKE gradient along z, including bottom and top boundary conditions
140    DO  i = nxl, nxr
141       DO  j = nys, nyn
142
143          DO  k = nzb_s_inner(j,i)+2, nzt-1
144             de_dz(k,j,i)  = 2.0_wp * sgs_wfw_part *                           &
145                             ( e(k+1,j,i) - e(k-1,j,i) ) / ( zu(k+1)-zu(k-1) )
146          ENDDO
147
148          k = nzb_s_inner(j,i)
149          de_dz(nzb:k,j,i) = 0.0_wp
150          de_dz(k+1,j,i)   = 2.0_wp * sgs_wfw_part *                           &
151                             ( e(k+2,j,i) - e(k+1,j,i) ) / ( zu(k+2) - zu(k+1) )
152          de_dz(nzt,j,i)   = 0.0_wp
153          de_dz(nzt+1,j,i) = 0.0_wp
154       ENDDO
155    ENDDO
156
157
158!
159!-- Lateral boundary conditions
160    CALL exchange_horiz( de_dx, nbgp )
161    CALL exchange_horiz( de_dy, nbgp )
162    CALL exchange_horiz( de_dz, nbgp )
163    CALL exchange_horiz( diss, nbgp  )
164
165
166!
167!-- Calculate the horizontally averaged profiles of SGS TKE and resolved
168!-- velocity variances (they may have been already calculated in routine
169!-- flow_statistics).
170    IF ( .NOT. flow_statistics_called )  THEN
171
172!
173!--    First calculate horizontally averaged profiles of the horizontal
174!--    velocities.
175       sums_l(:,1,0) = 0.0_wp
176       sums_l(:,2,0) = 0.0_wp
177
178       DO  i = nxl, nxr
179          DO  j =  nys, nyn
180             DO  k = nzb_s_outer(j,i), nzt+1
181                sums_l(k,1,0)  = sums_l(k,1,0)  + u(k,j,i)
182                sums_l(k,2,0)  = sums_l(k,2,0)  + v(k,j,i)
183             ENDDO
184          ENDDO
185       ENDDO
186
187#if defined( __parallel )
188!
189!--    Compute total sum from local sums
190       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
191       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,1,0), sums(nzb,1), nzt+2-nzb, &
192                           MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
193       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
194       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,2,0), sums(nzb,2), nzt+2-nzb, &
195                              MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
196#else
197       sums(:,1) = sums_l(:,1,0)
198       sums(:,2) = sums_l(:,2,0)
199#endif
200
201!
202!--    Final values are obtained by division by the total number of grid
203!--    points used for the summation.
204       hom(:,1,1,0) = sums(:,1) / ngp_2dh_outer(:,0)   ! u
205       hom(:,1,2,0) = sums(:,2) / ngp_2dh_outer(:,0)   ! v
206
207!
208!--    Now calculate the profiles of SGS TKE and the resolved-scale
209!--    velocity variances
210       sums_l(:,8,0)  = 0.0_wp
211       sums_l(:,30,0) = 0.0_wp
212       sums_l(:,31,0) = 0.0_wp
213       sums_l(:,32,0) = 0.0_wp
214       DO  i = nxl, nxr
215          DO  j = nys, nyn
216             DO  k = nzb_s_outer(j,i), nzt+1
217                sums_l(k,8,0)  = sums_l(k,8,0)  + e(k,j,i)
218                sums_l(k,30,0) = sums_l(k,30,0) + ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,0) )**2
219                sums_l(k,31,0) = sums_l(k,31,0) + ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,0) )**2
220                sums_l(k,32,0) = sums_l(k,32,0) + w(k,j,i)**2
221             ENDDO
222          ENDDO
223       ENDDO
224
225#if defined( __parallel )
226!
227!--    Compute total sum from local sums
228       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
229       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,8,0), sums(nzb,8), nzt+2-nzb, &
230                           MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
231       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
232       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,30,0), sums(nzb,30), nzt+2-nzb, &
233                           MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
234       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
235       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,31,0), sums(nzb,31), nzt+2-nzb, &
236                           MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
237       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
238       CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,32,0), sums(nzb,32), nzt+2-nzb, &
239                           MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
240
241#else
242       sums(:,8)  = sums_l(:,8,0)
243       sums(:,30) = sums_l(:,30,0)
244       sums(:,31) = sums_l(:,31,0)
245       sums(:,32) = sums_l(:,32,0)
246#endif
247
248!
249!--    Final values are obtained by division by the total number of grid
250!--    points used for the summation.
251       hom(:,1,8,0)  = sums(:,8)  / ngp_2dh_outer(:,0)   ! e
252       hom(:,1,30,0) = sums(:,30) / ngp_2dh_outer(:,0)   ! u*2
253       hom(:,1,31,0) = sums(:,31) / ngp_2dh_outer(:,0)   ! v*2
254       hom(:,1,32,0) = sums(:,32) / ngp_2dh_outer(:,0)   ! w*2
255
256    ENDIF
257
258 END SUBROUTINE lpm_init_sgs_tke
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.