source: palm/trunk/SOURCE/ls_forcing.f90 @ 1321

Last change on this file since 1321 was 1321, checked in by raasch, 7 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 11.7 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 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
18!--------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: ls_forcing.f90 1321 2014-03-20 09:40:40Z raasch $
27!
28! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
29! ONLY-attribute added to USE-statements,
30! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
31! kinds are defined in new module kinds,
32! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
33! all variable declaration statements
34!
35! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
36! module interfaces removed
37!
38! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
39! Ensure a zero large scale vertical velocity at the surface
40! Bugfix: typo in case of boundary condition in if-clause
41!
42! 1276 2014-01-15 13:40:41Z heinze
43! Use LSF_DATA also in case of Dirichlet bottom boundary condition for scalars
44!
45! 1249 2013-11-06 10:45:47Z heinze
46! remove call of user module
47! reformatting
48!
49! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
50! Initial revision
51!
52! Description:
53! ------------
54! Calculates large scale forcings (geostrophic wind and subsidence velocity) as
55! well as surfaces fluxes dependent on time given in an external file (LSF_DATA).
56! Code is based in parts on DALES and UCLA-LES.
57!--------------------------------------------------------------------------------!
58
59    PRIVATE
60    PUBLIC init_ls_forcing, ls_forcing_surf, ls_forcing_vert
61    SAVE
62
63
64 CONTAINS
65
66    SUBROUTINE init_ls_forcing
67
68       USE arrays_3d,                                                          &
69           ONLY:  p_surf, pt_surf, q_surf, qsws_surf, shf_surf, time_surf,     &
70                  time_vert, ug_vert, vg_vert, wsubs_vert, zu
71
72       USE control_parameters,                                                 &
73           ONLY:  end_time, lsf_surf, lsf_vert, message_string, nlsf
74
75       USE indices,                                                            &
76           ONLY:  nzb, nzt
77
78       USE kinds
79
80
81       IMPLICIT NONE
82
83       CHARACTER(100) ::  chmess              !:
84       CHARACTER(1)   ::  hash                !:
85
86       INTEGER(iwp) ::  ierrn                 !:
87       INTEGER(iwp) ::  finput = 90           !:
88       INTEGER(iwp) ::  k                     !:
89       INTEGER(iwp) ::  t                     !:
90
91       REAL(wp) ::  fac                       !:
92       REAL(wp) ::  highheight                !:
93       REAL(wp) ::  highug_vert               !:
94       REAL(wp) ::  highvg_vert               !:
95       REAL(wp) ::  highwsubs_vert            !:
96       REAL(wp) ::  lowheight                 !:
97       REAL(wp) ::  lowug_vert                !:
98       REAL(wp) ::  lowvg_vert                !:
99       REAL(wp) ::  lowwsubs_vert             !:
100       REAL(wp) ::  r_dummy                   !:
101
102       ALLOCATE( p_surf(0:nlsf), pt_surf(0:nlsf), q_surf(0:nlsf),         &
103                 qsws_surf(0:nlsf), shf_surf(0:nlsf), time_vert(0:nlsf),  &
104                 time_surf(0:nlsf), ug_vert(nzb:nzt+1,0:nlsf),            &
105                 vg_vert(nzb:nzt+1,0:nlsf), wsubs_vert(nzb:nzt+1,0:nlsf) )
106
107       p_surf = 0.0; pt_surf = 0.0; q_surf = 0.0; qsws_surf = 0.0
108       shf_surf = 0.0; time_vert = 0.0; time_surf = 0.0; ug_vert = 0.0
109       vg_vert = 0.0; wsubs_vert = 0.0
110
111
112       OPEN ( finput, FILE='LSF_DATA', STATUS='OLD', &
113              FORM='FORMATTED', IOSTAT=ierrn )
114
115       IF ( ierrn /= 0 )  THEN
116          message_string = 'file LSF_DATA does not exist'
117          CALL message( 'ls_forcing', 'PA0368', 1, 2, 0, 6, 0 )
118       ENDIF
119
120       ierrn = 0
121!
122!--    First three lines of LSF_DATA contain header
123       READ ( finput, FMT='(a100)', IOSTAT=ierrn ) chmess
124       READ ( finput, FMT='(a100)', IOSTAT=ierrn ) chmess
125       READ ( finput, FMT='(a100)', IOSTAT=ierrn ) chmess
126
127       IF ( ierrn /= 0 )  THEN
128          message_string = 'errors in file LSF_DATA'
129          CALL message( 'ls_forcing', 'PA0369', 1, 2, 0, 6, 0 )
130       ENDIF
131
132!
133!--    Surface values are read in
134       t     = 0
135       ierrn = 0
136
137       DO WHILE ( time_surf(t) < end_time )
138          t = t + 1
139          READ ( finput, *, IOSTAT = ierrn ) time_surf(t), shf_surf(t), &
140                                             qsws_surf(t), pt_surf(t),  &
141                                             q_surf(t), p_surf(t)
142
143          IF ( ierrn < 0 )  THEN
144            WRITE ( message_string, * ) 'No time dependent surface variables ',&
145                              'in&LSF_DATA for end of run found'
146
147             CALL message( 'ls_forcing', 'PA0370', 1, 2, 0, 6, 0 )
148          ENDIF
149       ENDDO
150
151
152       IF ( time_surf(1) > end_time )  THEN
153          WRITE ( message_string, * ) 'No time dependent surface variables in ',&
154                                     '&LSF_DATA for end of run found - ',  &
155                                     'lsf_surf is set to FALSE'
156          CALL message( 'ls_forcing', 'PA0371', 0, 0, 0, 6, 0 )
157          lsf_surf = .FALSE.
158       ENDIF
159
160!
161!--    Go to the end of the list with surface variables
162       DO WHILE ( ierrn == 0 )
163          READ ( finput, *, IOSTAT = ierrn ) r_dummy
164       ENDDO
165
166!
167!--    Profiles of ug, vg and w_subs are read in (large scale forcing)
168
169       t = 0
170       DO WHILE ( time_vert(t) < end_time )
171          t = t + 1
172          hash = "#"
173          ierrn = 1 ! not zero
174!
175!--       Search for the next line consisting of "# time",
176!--       from there onwards the profiles will be read
177          DO WHILE ( .NOT. ( hash == "#" .AND. ierrn == 0 ) ) 
178             READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn ) hash, time_vert(t)
179             IF ( ierrn < 0 )  THEN
180                WRITE( message_string, * ) 'No time dependent vertical profiles',&
181                                 ' in&LSF_DATA for end of run found'
182                CALL message( 'ls_forcing', 'PA0372', 1, 2, 0, 6, 0 )
183             ENDIF
184          ENDDO
185
186          IF ( t == 1 .AND. time_vert(t) > end_time ) EXIT
187
188          READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn ) lowheight, lowug_vert, lowvg_vert, &
189                                           lowwsubs_vert
190          IF ( ierrn /= 0 )  THEN
191             message_string = 'errors in file LSF_DATA'
192             CALL message( 'ls_forcing', 'PA0369', 1, 2, 0, 6, 0 )
193          ENDIF
194
195          READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn ) highheight, highug_vert, highvg_vert, &
196                                           highwsubs_vert
197     
198          IF ( ierrn /= 0 )  THEN
199             message_string = 'errors in file LSF_DATA'
200             CALL message( 'ls_forcing', 'PA0369', 1, 2, 0, 6, 0 )
201          ENDIF
202
203
204          DO  k = nzb, nzt+1
205             IF ( highheight < zu(k) )  THEN
206                lowheight     = highheight
207                lowug_vert    = highug_vert
208                lowvg_vert    = highvg_vert
209                lowwsubs_vert = highwsubs_vert
210
211                ierrn = 0
212                READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn ) highheight, highug_vert, &
213                                                 highvg_vert, highwsubs_vert
214
215                IF ( ierrn /= 0 )  THEN
216                   message_string = 'errors in file LSF_DATA'
217                   CALL message( 'ls_forcing', 'PA0369', 1, 2, 0, 6, 0 )
218                ENDIF
219
220             ENDIF
221
222!
223!--          Interpolation of prescribed profiles in space
224             fac = (highheight-zu(k))/(highheight - lowheight)
225
226             ug_vert(k,t)    = fac*lowug_vert    + (1-fac)*highug_vert
227             vg_vert(k,t)    = fac*lowvg_vert    + (1-fac)*highvg_vert
228             wsubs_vert(k,t) = fac*lowwsubs_vert + (1-fac)*highwsubs_vert
229
230          ENDDO
231
232       ENDDO
233
234!
235!--    Large scale vertical velocity has to be zero at the surface
236       wsubs_vert(nzb,:) = 0.0
237 
238       IF ( time_vert(1) > end_time )  THEN
239          WRITE ( message_string, * ) 'Time dependent large scale profile ',&
240                             'forcing from&LSF_DATA sets in after end of ' ,&
241                             'simulation - lsf_vert is set to FALSE'
242          CALL message( 'ls_forcing', 'PA0373', 0, 0, 0, 6, 0 )
243          lsf_vert = .FALSE.
244       ENDIF
245
246       CLOSE( finput )
247
248
249    END SUBROUTINE init_ls_forcing
250
251
252    SUBROUTINE ls_forcing_surf ( time )
253
254       USE arrays_3d,                                                          &
255           ONLY:  p_surf, pt_surf, q_surf, qsws, qsws_surf, shf, shf_surf,     &
256                  time_surf, time_vert, ug, ug_vert, vg, vg_vert
257
258       USE control_parameters,                                                 &
259           ONLY:  bc_q_b, ibc_pt_b, ibc_q_b, pt_surface, q_surface,            &
260                  surface_pressure
261
262       USE kinds
263
264
265       IMPLICIT NONE
266
267       INTEGER(iwp) ::  t                     !:
268
269       REAL(wp)             :: fac            !:
270       REAL(wp), INTENT(in) :: time           !:
271
272!
273!--    Interpolation in time of LSF_DATA at the surface
274       t = 1
275       DO WHILE ( time > time_surf(t) )
276          t = t + 1
277       ENDDO
278       IF ( time /= time_surf(t) )  THEN
279         t = t - 1
280       ENDIF
281
282       fac = ( time -time_surf(t) ) / ( time_surf(t+1) - time_surf(t) )
283
284       IF ( ibc_pt_b == 0 )  THEN
285!
286!--       In case of Dirichlet boundary condition shf must not
287!--       be set - it is calculated via MOST in prandtl_fluxes
288          pt_surface = pt_surf(t) + fac * ( pt_surf(t+1) - pt_surf(t) )
289
290       ELSEIF ( ibc_pt_b == 1 )  THEN
291!
292!--       In case of Neumann boundary condition pt_surface is needed for
293!--       calculation of reference density
294          shf        = shf_surf(t) + fac * ( shf_surf(t+1) - shf_surf(t) )
295          pt_surface = pt_surf(t) + fac * ( pt_surf(t+1) - pt_surf(t) )
296
297       ENDIF
298
299       IF ( ibc_q_b == 0 )  THEN
300!
301!--       In case of Dirichlet boundary condition qsws must not
302!--       be set - it is calculated via MOST in prandtl_fluxes
303          q_surface = q_surf(t) + fac * ( q_surf(t+1) - q_surf(t) )
304
305       ELSEIF ( ibc_q_b == 1 )  THEN
306
307          qsws = qsws_surf(t) + fac * ( qsws_surf(t+1) - qsws_surf(t) )
308
309       ENDIF
310
311       surface_pressure = p_surf(t) + fac * ( p_surf(t+1) - p_surf(t) )
312
313    END SUBROUTINE ls_forcing_surf
314
315
316    SUBROUTINE ls_forcing_vert ( time )
317
318       USE arrays_3d,                                                          &
319           ONLY:  time_vert, ug, ug_vert, vg, vg_vert, w_subs, wsubs_vert
320
321       USE control_parameters,                                                 &
322           ONLY:  large_scale_subsidence
323
324       USE kinds
325
326
327       IMPLICIT NONE
328
329       INTEGER(iwp) ::  t                     !:
330
331       REAL(wp)             ::  fac           !:
332       REAL(wp), INTENT(in) ::  time          !:
333
334!
335!--    Interpolation in time of LSF_DATA for ug, vg and w_subs
336       t = 1
337       DO WHILE ( time > time_vert(t) )
338          t = t + 1
339       ENDDO
340       IF ( time /= time_vert(t) )  THEN
341         t = t - 1
342       ENDIF
343
344       fac = ( time-time_vert(t) ) / ( time_vert(t+1)-time_vert(t) )
345
346       ug     = ug_vert(:,t) + fac * ( ug_vert(:,t+1) - ug_vert(:,t) )
347       vg     = vg_vert(:,t) + fac * ( vg_vert(:,t+1) - vg_vert(:,t) )
348
349       IF ( large_scale_subsidence )  THEN
350          w_subs = wsubs_vert(:,t) + fac * ( wsubs_vert(:,t+1) - wsubs_vert(:,t) )
351       ENDIF
352
353    END SUBROUTINE ls_forcing_vert
354
355
356 END MODULE ls_forcing_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.