source: palm/trunk/SOURCE/ls_forcing.f90 @ 1276

Last change on this file since 1276 was 1276, checked in by heinze, 11 years ago

Usage of Dirichlet bottom boundary condition for scalars in conjunction with large scale forcing enabled

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 9.5 KB
Line 
1 MODULE ls_forcing_mod
2
3!--------------------------------------------------------------------------------!
4! This file is part of PALM.
5!
6! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
7! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
8! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2012  Leibniz University Hannover
18!--------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: ls_forcing.f90 1276 2014-01-15 13:40:41Z heinze $
27!
28! 1249 2013-11-06 10:45:47Z heinze
29! remove call of user module
30! reformatting
31!
32! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
33! Initial revision
34!
35! Description:
36! ------------
37! Calculates large scale forcings (geostrophic wind and subsidence velocity) as
38! well as surfaces fluxes dependend on time given in an external file (LSF_DATA).
39! Code is based in parts on DALES and UCLA-LES.
40!--------------------------------------------------------------------------------!
41
42    PRIVATE
43    PUBLIC init_ls_forcing, ls_forcing_surf, ls_forcing_vert 
44    SAVE
45
46
47 CONTAINS
48
49    SUBROUTINE init_ls_forcing
50
51       USE arrays_3d
52       USE control_parameters
53       USE cpulog
54       USE indices
55       USE interfaces
56       USE pegrid
57
58       IMPLICIT NONE
59
60       INTEGER ::  finput = 90, ierrn, k, t 
61       CHARACTER (100)::  chmess
62       CHARACTER(1) ::  hash
63       REAL ::  r_dummy, fac
64       REAL ::  highheight, highug_vert, highvg_vert, highwsubs_vert
65       REAL ::  lowheight, lowug_vert, lowvg_vert, lowwsubs_vert
66
67       ALLOCATE( p_surf(0:nlsf), pt_surf(0:nlsf), q_surf(0:nlsf),         &
68                 qsws_surf(0:nlsf), shf_surf(0:nlsf), time_vert(0:nlsf),  &
69                 time_surf(0:nlsf), ug_vert(nzb:nzt+1,0:nlsf),            &
70                 vg_vert(nzb:nzt+1,0:nlsf), wsubs_vert(nzb:nzt+1,0:nlsf) )
71
72       p_surf = 0.0; pt_surf = 0.0; q_surf = 0.0; qsws_surf = 0.0
73       shf_surf = 0.0; time_vert = 0.0; time_surf = 0.0; ug_vert = 0.0
74       vg_vert = 0.0; wsubs_vert = 0.0
75
76
77       OPEN ( finput, FILE='LSF_DATA', STATUS='OLD', &
78              FORM='FORMATTED', IOSTAT=ierrn )
79
80       IF ( ierrn /= 0 )  THEN
81          message_string = 'file LSF_DATA does not exist'
82          CALL message( 'ls_forcing', 'PA0368', 1, 2, 0, 6, 0 )
83       ENDIF
84
85       ierrn = 0
86!
87!--    First three lines of LSF_DATA contain header
88       READ ( finput, FMT='(a100)', IOSTAT=ierrn ) chmess
89       READ ( finput, FMT='(a100)', IOSTAT=ierrn ) chmess
90       READ ( finput, FMT='(a100)', IOSTAT=ierrn ) chmess
91
92       IF ( ierrn /= 0 )  THEN
93          message_string = 'errors in file LSF_DATA'
94          CALL message( 'ls_forcing', 'PA0369', 1, 2, 0, 6, 0 )
95       ENDIF
96
97!
98!--    Surface values are read in
99       t     = 0
100       ierrn = 0
101
102       DO WHILE ( time_surf(t) < end_time )
103          t = t + 1
104          READ ( finput, *, IOSTAT = ierrn ) time_surf(t), shf_surf(t), &
105                                             qsws_surf(t), pt_surf(t),  &
106                                             q_surf(t), p_surf(t)
107
108          IF ( ierrn < 0 )  THEN
109            WRITE ( message_string, * ) 'No time dependend surface variables ',&
110                              'in&LSF_DATA for end of run found'
111
112             CALL message( 'ls_forcing', 'PA0370', 1, 2, 0, 6, 0 )
113          ENDIF
114       ENDDO
115
116
117       IF ( time_surf(1) > end_time )  THEN
118          WRITE ( message_string, * ) 'No time dependend surface variables in ',&
119                                     '&LSF_DATA for end of run found - ',  &
120                                     'lsf_surf is set to FALSE'
121          CALL message( 'ls_forcing', 'PA0371', 0, 0, 0, 6, 0 )
122          lsf_surf = .FALSE.
123       ENDIF
124
125!
126!--    Go to the end of the list with surface variables
127       DO WHILE ( ierrn == 0 )
128          READ ( finput, *, IOSTAT = ierrn ) r_dummy
129       ENDDO
130
131!
132!--    Profiles of ug, vg and w_subs are read in (large scale forcing)
133
134       t = 0
135       DO WHILE ( time_vert(t) < end_time )
136          t = t + 1
137          hash = "#"
138          ierrn = 1 ! not zero
139!
140!--       Search for the next line consisting of "# time",
141!--       from there onwards the profiles will be read
142          DO WHILE ( .NOT. ( hash == "#" .AND. ierrn == 0 ) ) 
143             READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn ) hash, time_vert(t)
144             IF ( ierrn < 0 )  THEN
145                WRITE( message_string, * ) 'No time dependend vertical profiles',&
146                                 ' in&LSF_DATA for end of run found'
147                CALL message( 'ls_forcing', 'PA0372', 1, 2, 0, 6, 0 )
148             ENDIF
149          ENDDO
150
151          IF ( t == 1 .AND. time_vert(t) > end_time ) EXIT
152
153          READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn ) lowheight, lowug_vert, lowvg_vert, &
154                                           lowwsubs_vert
155          IF ( ierrn /= 0 )  THEN
156             message_string = 'errors in file LSF_DATA'
157             CALL message( 'nudging', 'PA0369', 1, 2, 0, 6, 0 )
158          ENDIF
159
160          READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn ) highheight, highug_vert, highvg_vert, &
161                                           highwsubs_vert
162     
163          IF ( ierrn /= 0 )  THEN
164             message_string = 'errors in file LSF_DATA'
165             CALL message( 'nudging', 'PA0369', 1, 2, 0, 6, 0 )
166          ENDIF
167
168
169          DO  k = nzb, nzt+1
170             IF ( highheight < zu(k) )  THEN
171                lowheight     = highheight
172                lowug_vert    = highug_vert
173                lowvg_vert    = highvg_vert
174                lowwsubs_vert = highwsubs_vert
175
176                ierrn = 0
177                READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn ) highheight, highug_vert, &
178                                                 highvg_vert, highwsubs_vert
179
180                IF ( ierrn /= 0 )  THEN
181                   message_string = 'errors in file LSF_DATA'
182                   CALL message( 'nudging', 'PA0369', 1, 2, 0, 6, 0 )
183                ENDIF
184
185             ENDIF
186
187!
188!--          Interpolation of prescribed profiles in space
189             fac = (highheight-zu(k))/(highheight - lowheight)
190
191             ug_vert(k,t)    = fac*lowug_vert    + (1-fac)*highug_vert
192             vg_vert(k,t)    = fac*lowvg_vert    + (1-fac)*highvg_vert
193             wsubs_vert(k,t) = fac*lowwsubs_vert + (1-fac)*highwsubs_vert
194
195          ENDDO
196
197       ENDDO 
198
199       IF ( time_vert(1) > end_time )  THEN
200          WRITE ( message_string, * ) 'Time dependent large scale profile ',&
201                             'forcing from&LSF_DATA sets in after end of ' ,&
202                             'simulation - lsf_vert is set to FALSE'
203          CALL message( 'ls_forcing', 'PA0373', 0, 0, 0, 6, 0 )
204          lsf_vert = .FALSE.
205       ENDIF
206
207       CLOSE( finput )
208
209
210    END SUBROUTINE init_ls_forcing 
211
212
213    SUBROUTINE ls_forcing_surf ( time )
214
215       USE arrays_3d
216       USE control_parameters
217       USE cpulog
218       USE indices
219       USE interfaces
220       USE pegrid
221
222       IMPLICIT NONE
223
224       REAL, INTENT(in)  :: time
225       REAL :: fac
226       INTEGER :: t
227
228!
229!--    Interpolation in time of LSF_DATA at the surface
230       t = 1
231       DO WHILE ( time > time_surf(t) )
232          t = t + 1
233       ENDDO
234       IF ( time /= time_surf(t) )  THEN
235         t = t - 1
236       ENDIF
237
238       fac = ( time -time_surf(t) ) / ( time_surf(t+1) - time_surf(t) )
239
240       IF ( ibc_pt_b == 0 )  THEN
241!
242!--       In case of Dirichlet boundary condition shf must not
243!--       be set - it is calculated via MOST in prandtl_fluxes
244          pt_surface = pt_surf(t) + fac * ( pt_surf(t+1) - pt_surf(t) )
245
246       ELSEIF ( ibc_pt_b == 1 )  THEN
247!
248!--       In case of Neumann boundary condition pt_surface is needed for
249!--       calculation of reference density
250          shf        = shf_surf(t) + fac * ( shf_surf(t+1) - shf_surf(t) )
251          pt_surface = pt_surf(t) + fac * ( pt_surf(t+1) - pt_surf(t) )
252
253       ENDIF
254
255       IF ( ibc_q_b == 0 )  THEN
256!
257!--       In case of Dirichlet boundary condition qsws must not
258!--       be set - it is calculated via MOST in prandtl_fluxes
259          q_surface = q_surf(t) + fac * ( q_surf(t+1) - q_surf(t) )
260
261       ELSEIF ( ibc_pt_b == 1 )  THEN
262
263          qsws = qsws_surf(t) + fac * ( qsws_surf(t+1) - qsws_surf(t) )
264
265       ENDIF
266
267       surface_pressure = p_surf(t) + fac * ( p_surf(t+1) - p_surf(t) )
268
269    END SUBROUTINE ls_forcing_surf 
270
271
272    SUBROUTINE ls_forcing_vert ( time )
273
274       USE arrays_3d
275       USE control_parameters
276       USE cpulog
277       USE indices
278       USE interfaces
279       USE pegrid
280
281       IMPLICIT NONE
282
283       REAL, INTENT(in)  :: time
284       REAL :: fac
285       INTEGER :: t
286
287!
288!--    Interpolation in time of LSF_DATA for ug, vg and w_subs
289       t = 1
290       DO WHILE ( time > time_vert(t) )
291          t = t + 1
292       ENDDO
293       IF ( time /= time_vert(t) )  THEN
294         t = t - 1
295       ENDIF
296
297       fac = ( time-time_vert(t) ) / ( time_vert(t+1)-time_vert(t) )
298
299       ug     = ug_vert(:,t) + fac * ( ug_vert(:,t+1) - ug_vert(:,t) )
300       vg     = vg_vert(:,t) + fac * ( vg_vert(:,t+1) - vg_vert(:,t) )
301
302       IF ( large_scale_subsidence )  THEN
303          w_subs = wsubs_vert(:,t) + fac * ( wsubs_vert(:,t+1) - wsubs_vert(:,t) )
304       ENDIF
305
306    END SUBROUTINE ls_forcing_vert
307
308
309 END MODULE ls_forcing_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.