source: palm/trunk/SOURCE/model_1d_mod.f90

Last change on this file was 4828, checked in by Giersch, 3 years ago

Copyright updated to year 2021, interface pmc_sort removed to accelarate the nesting code

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 42.5 KB
RevLine 
[2338]1!> @file model_1d_mod.f90
[4677]2!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[2696]3! This file is part of the PALM model system.
[1036]4!
[4677]5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General
6! Public License as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
7! (at your option) any later version.
[1036]8!
[4677]9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the
10! implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General
11! Public License for more details.
[1036]12!
[4677]13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with PALM. If not, see
14! <http://www.gnu.org/licenses/>.
[1036]15!
[4828]16! Copyright 1997-2021 Leibniz Universitaet Hannover
[4677]17!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1036]18!
[254]19! Current revisions:
[1]20! -----------------
[4586]21!
22!
[1961]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: model_1d_mod.f90 4828 2021-01-05 11:21:41Z banzhafs $
[4677]26! file re-formatted to follow the PALM coding standard
27!
28! 4586 2020-07-01 16:16:43Z gronemeier
[4586]29! renamed Richardson flux number into gradient Richardson number
30!
31! 4449 2020-03-09 14:43:16Z suehring
[4449]32! Set intermediate_timestep_count back to zero after 1D-model integration.
33! This is required e.g. for initial calls of calc_mean_profile.
34!
35! 4360 2020-01-07 11:25:50Z suehring
[4182]36! Corrected "Former revisions" section
[4449]37!
[4182]38! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
[3274]39! Modularization of all bulk cloud physics code components
[1961]40!
[4182]41! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:10  raasch
42! Initial revision
43!
44!
[1]45! Description:
46! ------------
[1682]47!> 1D-model to initialize the 3D-arrays.
[4449]48!> The temperature profile is set as steady and a corresponding steady solution
[1682]49!> of the wind profile is being computed.
50!> All subroutines required can be found within this file.
[1691]51!>
52!> @todo harmonize code with new surface_layer_fluxes module
[1709]53!> @bug 1D model crashes when using small grid spacings in the order of 1 m
[2965]54!> @fixme option "as_in_3d_model" seems to be an inappropriate option because
[2918]55!>        the 1D model uses different turbulence closure approaches at least if
56!>        the 3D model is set to LES-mode.
[4677]57!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[2338]58 MODULE model_1d_mod
[1]59
[4677]60    USE arrays_3d,                                                                                 &
61        ONLY:  dd2zu, ddzu, ddzw, dzu, dzw, pt_init, q_init, ug, u_init, vg, v_init, zu
[3274]62
[4677]63    USE basic_constants_and_equations_mod,                                                         &
[3274]64        ONLY:  g, kappa, pi
[4449]65
[4677]66    USE control_parameters,                                                                        &
67        ONLY:  constant_diffusion, constant_flux_layer, dissipation_1d, f, humidity, ibc_e_b,      &
68               intermediate_timestep_count, intermediate_timestep_count_max, km_constant,          &
69               message_string, mixing_length_1d, prandtl_number, roughness_length,                 &
70               run_description_header, simulated_time_chr, timestep_scheme, tsc, z0h_factor
[2338]71
[4677]72    USE indices,                                                                                   &
[2338]73        ONLY:  nzb, nzb_diff, nzt
[4449]74
[1320]75    USE kinds
[1]76
[4677]77    USE pegrid,                                                                                    &
[3083]78        ONLY:  myid
[2338]79
[4449]80
[1]81    IMPLICIT NONE
82
[2338]83    INTEGER(iwp) ::  current_timestep_number_1d = 0  !< current timestep number (1d-model)
[2696]84    INTEGER(iwp) ::  damp_level_ind_1d               !< lower grid index of damping layer (1d-model)
[2338]85
86    LOGICAL ::  run_control_header_1d = .FALSE.  !< flag for output of run control header (1d-model)
87    LOGICAL ::  stop_dt_1d = .FALSE.             !< termination flag, used in case of too small timestep (1d-model)
88
[3083]89    REAL(wp) ::  alpha_buoyancy                !< model constant according to Koblitz (2013)
[3126]90    REAL(wp) ::  c_0 = 0.416179145_wp          !< = 0.03^0.25; model constant according to Koblitz (2013)
[3083]91    REAL(wp) ::  c_1 = 1.52_wp                 !< model constant according to Koblitz (2013)
92    REAL(wp) ::  c_2 = 1.83_wp                 !< model constant according to Koblitz (2013)
93    REAL(wp) ::  c_3                           !< model constant
94    REAL(wp) ::  c_mu                          !< model constant
[2696]95    REAL(wp) ::  damp_level_1d = -1.0_wp       !< namelist parameter
[2338]96    REAL(wp) ::  dt_1d = 60.0_wp               !< dynamic timestep (1d-model)
97    REAL(wp) ::  dt_max_1d = 300.0_wp          !< timestep limit (1d-model)
[2696]98    REAL(wp) ::  dt_pr_1d = 9999999.9_wp       !< namelist parameter
99    REAL(wp) ::  dt_run_control_1d = 60.0_wp   !< namelist parameter
100    REAL(wp) ::  end_time_1d = 864000.0_wp     !< namelist parameter
[3083]101    REAL(wp) ::  lambda                        !< maximum mixing length
[2338]102    REAL(wp) ::  qs1d                          !< characteristic humidity scale (1d-model)
103    REAL(wp) ::  simulated_time_1d = 0.0_wp    !< updated simulated time (1d-model)
[3083]104    REAL(wp) ::  sig_diss = 2.95_wp            !< model constant according to Koblitz (2013)
105    REAL(wp) ::  sig_e = 2.95_wp               !< model constant according to Koblitz (2013)
[2338]106    REAL(wp) ::  time_pr_1d = 0.0_wp           !< updated simulated time for profile output (1d-model)
107    REAL(wp) ::  time_run_control_1d = 0.0_wp  !< updated simulated time for run-control output (1d-model)
108    REAL(wp) ::  ts1d                          !< characteristic temperature scale (1d-model)
[2696]109    REAL(wp) ::  us1d                          !< friction velocity (1d-model)
110    REAL(wp) ::  usws1d                        !< u-component of the momentum flux (1d-model)
111    REAL(wp) ::  vsws1d                        !< v-component of the momentum flux (1d-model)
[2338]112    REAL(wp) ::  z01d                          !< roughness length for momentum (1d-model)
113    REAL(wp) ::  z0h1d                         !< roughness length for scalars (1d-model)
114
[2696]115    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  diss1d   !< tke dissipation rate (1d-model)
116    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  diss1d_p !< prognostic value of tke dissipation rate (1d-model)
117    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  e1d      !< tke (1d-model)
[2338]118    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  e1d_p    !< prognostic value of tke (1d-model)
[2696]119    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  kh1d     !< turbulent diffusion coefficient for heat (1d-model)
120    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  km1d     !< turbulent diffusion coefficient for momentum (1d-model)
121    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l1d      !< mixing length for turbulent diffusion coefficients (1d-model)
[2918]122    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l1d_init !< initial mixing length (1d-model)
[2338]123    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l1d_diss !< mixing length for dissipation (1d-model)
[4586]124    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ri1d    !< gradient Richardson number (1d-model)
[2696]125    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_diss  !< tendency of diss (1d-model)
126    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_dissm !< weighted tendency of diss for previous sub-timestep (1d-model)
[2338]127    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_e     !< tendency of e (1d-model)
128    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_em    !< weighted tendency of e for previous sub-timestep (1d-model)
129    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_u     !< tendency of u (1d-model)
130    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_um    !< weighted tendency of u for previous sub-timestep (1d-model)
131    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_v     !< tendency of v (1d-model)
132    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_vm    !< weighted tendency of v for previous sub-timestep (1d-model)
[2696]133    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  u1d      !< u-velocity component (1d-model)
[2338]134    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  u1d_p    !< prognostic value of u-velocity component (1d-model)
[2696]135    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  v1d      !< v-velocity component (1d-model)
[2338]136    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  v1d_p    !< prognostic value of v-velocity component (1d-model)
137
138!
139!-- Initialize 1D model
140    INTERFACE init_1d_model
141       MODULE PROCEDURE init_1d_model
142    END INTERFACE init_1d_model
143
144!
145!-- Print profiles
146    INTERFACE print_1d_model
147       MODULE PROCEDURE print_1d_model
148    END INTERFACE print_1d_model
149
150!
151!-- Print run control information
152    INTERFACE run_control_1d
153       MODULE PROCEDURE run_control_1d
154    END INTERFACE run_control_1d
155
156!
157!-- Main procedure
158    INTERFACE time_integration_1d
159       MODULE PROCEDURE time_integration_1d
160    END INTERFACE time_integration_1d
161
162!
163!-- Calculate time step
164    INTERFACE timestep_1d
165       MODULE PROCEDURE timestep_1d
166    END INTERFACE timestep_1d
167
168    SAVE
169
170    PRIVATE
171!
172!-- Public interfaces
173    PUBLIC  init_1d_model
174
175!
176!-- Public variables
[4677]177    PUBLIC  damp_level_1d, damp_level_ind_1d, diss1d, dt_pr_1d, dt_run_control_1d, e1d,            &
178            end_time_1d, kh1d, km1d, l1d, ri1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d
[2338]179
180
181    CONTAINS
182
183 SUBROUTINE init_1d_model
[4449]184
[4677]185    USE grid_variables,                                                                            &
[2918]186        ONLY:  dx, dy
187
[2338]188    IMPLICIT NONE
189
[2696]190    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string  !< function to transform time from real to character string
191
192    INTEGER(iwp) ::  k  !< loop index
[1]193
194!
195!-- Allocate required 1D-arrays
[4677]196    ALLOCATE( diss1d(nzb:nzt+1), diss1d_p(nzb:nzt+1),                                              &
197              e1d(nzb:nzt+1), e1d_p(nzb:nzt+1), kh1d(nzb:nzt+1),                                   &
198              km1d(nzb:nzt+1), l1d(nzb:nzt+1), l1d_init(nzb:nzt+1),                                &
199              l1d_diss(nzb:nzt+1), ri1d(nzb:nzt+1), te_diss(nzb:nzt+1),                            &
200              te_dissm(nzb:nzt+1), te_e(nzb:nzt+1),                                                &
201              te_em(nzb:nzt+1), te_u(nzb:nzt+1), te_um(nzb:nzt+1),                                 &
202              te_v(nzb:nzt+1), te_vm(nzb:nzt+1), u1d(nzb:nzt+1),                                   &
[2338]203              u1d_p(nzb:nzt+1),  v1d(nzb:nzt+1), v1d_p(nzb:nzt+1) )
[1]204
205!
206!-- Initialize arrays
207    IF ( constant_diffusion )  THEN
[1001]208       km1d = km_constant
209       kh1d = km_constant / prandtl_number
[1]210    ELSE
[2696]211       diss1d = 0.0_wp; diss1d_p = 0.0_wp
[1353]212       e1d = 0.0_wp; e1d_p = 0.0_wp
213       kh1d = 0.0_wp; km1d = 0.0_wp
[4586]214       ri1d = 0.0_wp
[1]215!
216!--    Compute the mixing length
[2918]217       l1d_init(nzb) = 0.0_wp
[1]218
219       IF ( TRIM( mixing_length_1d ) == 'blackadar' )  THEN
220!
221!--       Blackadar mixing length
[1353]222          IF ( f /= 0.0_wp )  THEN
[4677]223             lambda = 2.7E-4_wp * SQRT( ug(nzt+1)**2 + vg(nzt+1)**2 ) / ABS( f ) + 1E-10_wp
[1]224          ELSE
[1353]225             lambda = 30.0_wp
[1]226          ENDIF
227
228          DO  k = nzb+1, nzt+1
[2918]229             l1d_init(k) = kappa * zu(k) / ( 1.0_wp + kappa * zu(k) / lambda )
[1]230          ENDDO
231
232       ELSEIF ( TRIM( mixing_length_1d ) == 'as_in_3d_model' )  THEN
233!
[2918]234!--       Use the same mixing length as in 3D model (LES-mode)
[3083]235          !> @todo rename (delete?) this option
236          !>  As the mixing length is different between RANS and LES mode, it
237          !>  must be distinguished here between these modes. For RANS mode,
238          !>  the mixing length is calculated accoding to Blackadar, which is
239          !>  the other option at this point.
240          !>  Maybe delete this option entirely (not appropriate in LES case)
241          !>  2018-03-20, gronemeier
[2918]242          DO  k = nzb+1, nzt
243             l1d_init(k)  = ( dx * dy * dzw(k) )**0.33333333333333_wp
244          ENDDO
245          l1d_init(nzt+1) = l1d_init(nzt)
[1]246
247       ENDIF
248    ENDIF
[2918]249    l1d      = l1d_init
250    l1d_diss = l1d_init
[2337]251    u1d      = u_init
252    u1d_p    = u_init
253    v1d      = v_init
254    v1d_p    = v_init
[1]255
256!
[4677]257!-- Set initial horizontal velocities at the lowest grid levels to a very small value in order to
258!-- avoid too small time steps caused by the diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1,
259!-- dz/2 occurs in the limiting formula!)
[1353]260    u1d(0:1)   = 0.1_wp
261    u1d_p(0:1) = 0.1_wp
262    v1d(0:1)   = 0.1_wp
263    v1d_p(0:1) = 0.1_wp
[1]264
265!
266!-- For u*, theta* and the momentum fluxes plausible values are set
[1691]267    IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1353]268       us1d = 0.1_wp   ! without initial friction the flow would not change
[1]269    ELSE
[3083]270       diss1d(nzb+1) = 0.001_wp
[1353]271       e1d(nzb+1)  = 1.0_wp
272       km1d(nzb+1) = 1.0_wp
273       us1d = 0.0_wp
[1]274    ENDIF
[1353]275    ts1d = 0.0_wp
276    usws1d = 0.0_wp
277    vsws1d = 0.0_wp
[996]278    z01d  = roughness_length
[4449]279    z0h1d = z0h_factor * z01d
[1960]280    IF ( humidity )  qs1d = 0.0_wp
[1]281
282!
[3083]283!-- Tendencies must be preset in order to avoid runtime errors
284    te_diss  = 0.0_wp
[2696]285    te_dissm = 0.0_wp
[3083]286    te_e  = 0.0_wp
[1353]287    te_em = 0.0_wp
288    te_um = 0.0_wp
289    te_vm = 0.0_wp
[46]290
291!
[2338]292!-- Set model constant
[3083]293    IF ( dissipation_1d == 'as_in_3d_model' )  c_0 = 0.1_wp
294    c_mu = c_0**4
[2338]295
296!
[1]297!-- Set start time in hh:mm:ss - format
298    simulated_time_chr = time_to_string( simulated_time_1d )
299
300!
[2337]301!-- Integrate the 1D-model equations using the Runge-Kutta scheme
[1]302    CALL time_integration_1d
303
304
305 END SUBROUTINE init_1d_model
306
307
308
[4677]309!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1]310! Description:
311! ------------
[2338]312!> Runge-Kutta time differencing scheme for the 1D-model.
[4677]313!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[4449]314
[1682]315 SUBROUTINE time_integration_1d
[1]316
317    IMPLICIT NONE
318
[2696]319    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string  !< function to transform time from real to character string
320
[2338]321    INTEGER(iwp) ::  k  !< loop index
[2696]322
[2338]323    REAL(wp) ::  a            !< auxiliary variable
324    REAL(wp) ::  b            !< auxiliary variable
325    REAL(wp) ::  dpt_dz       !< vertical temperature gradient
326    REAL(wp) ::  flux         !< vertical temperature gradient
327    REAL(wp) ::  kmzm         !< Km(z-dz/2)
328    REAL(wp) ::  kmzp         !< Km(z+dz/2)
329    REAL(wp) ::  l_stable     !< mixing length for stable case
330    REAL(wp) ::  pt_0         !< reference temperature
331    REAL(wp) ::  uv_total     !< horizontal wind speed
[1]332
333!
[4677]334!-- Determine the time step at the start of a 1D-simulation and determine and printout quantities
335!-- used for run control
[3083]336    dt_1d = 0.01_wp
[1]337    CALL run_control_1d
338
339!
340!-- Start of time loop
341    DO  WHILE ( simulated_time_1d < end_time_1d  .AND.  .NOT. stop_dt_1d )
342
343!
[4677]344!--    Depending on the timestep scheme, carry out one or more intermediate timesteps
[1]345
346       intermediate_timestep_count = 0
[4677]347       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < intermediate_timestep_count_max )
[1]348
349          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
350
351          CALL timestep_scheme_steering
352
353!
[4677]354!--       Compute all tendency terms. If a constant-flux layer is simulated, k starts at nzb+2.
[1]355          DO  k = nzb_diff, nzt
356
[1353]357             kmzm = 0.5_wp * ( km1d(k-1) + km1d(k) )
358             kmzp = 0.5_wp * ( km1d(k) + km1d(k+1) )
[1]359!
360!--          u-component
[4677]361             te_u(k) =  f * ( v1d(k) - vg(k) ) + (                                                 &
362                              kmzp * ( u1d(k+1) - u1d(k) ) * ddzu(k+1)                             &
363                            - kmzm * ( u1d(k) - u1d(k-1) ) * ddzu(k)                               &
[1001]364                                                 ) * ddzw(k)
[1]365!
366!--          v-component
[4677]367             te_v(k) = -f * ( u1d(k) - ug(k) ) + (                                                 &
368                              kmzp * ( v1d(k+1) - v1d(k) ) * ddzu(k+1)                             &
369                            - kmzm * ( v1d(k) - v1d(k-1) ) * ddzu(k)                               &
[1001]370                                                 ) * ddzw(k)
[1]371          ENDDO
372          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
373             DO  k = nzb_diff, nzt
374!
[2696]375!--             TKE and dissipation rate
[1353]376                kmzm = 0.5_wp * ( km1d(k-1) + km1d(k) )
377                kmzp = 0.5_wp * ( km1d(k) + km1d(k+1) )
[75]378                IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1]379                   pt_0 = pt_init(k)
380                   flux =  ( pt_init(k+1)-pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
381                ELSE
[1353]382                   pt_0 = pt_init(k) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(k) )
[4677]383                   flux = ( ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) +                                      &
384                            0.61_wp * ( pt_init(k+1) * q_init(k+1) -                               &
385                                        pt_init(k-1) * q_init(k-1)   )                             &
[2337]386                          ) * dd2zu(k)
[1]387                ENDIF
388
[2696]389!
[4677]390!--             Calculate dissipation rate if no prognostic equation is used for dissipation rate.
[1]391                IF ( dissipation_1d == 'detering' )  THEN
[3083]392                   diss1d(k) = c_0**3 * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
[1]393                ELSEIF ( dissipation_1d == 'as_in_3d_model' )  THEN
[4677]394                   diss1d(k) = ( 0.19_wp + 0.74_wp * l1d_diss(k) / l1d_init(k) )                   &
395                               * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
[1]396                ENDIF
[2696]397!
398!--             TKE
[4677]399                te_e(k) = km1d(k) * ( ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2                    &
400                                    + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2                    &
401                                    )                                                              &
402                                    - g / pt_0 * kh1d(k) * flux                                    &
403                                    +            (                                                 &
404                                     kmzp * ( e1d(k+1) - e1d(k) ) * ddzu(k+1)                      &
405                                   - kmzm * ( e1d(k) - e1d(k-1) ) * ddzu(k)                        &
406                                                 ) * ddzw(k) / sig_e                               &
[2696]407                                   - diss1d(k)
408
409                IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
410!
411!--                dissipation rate
[4586]412                   IF ( ri1d(k) >= 0.0_wp )  THEN
[3083]413                      alpha_buoyancy = 1.0_wp - l1d(k) / lambda
414                   ELSE
[4677]415                      alpha_buoyancy = 1.0_wp - ( 1.0_wp + ( c_2 - 1.0_wp )                        &
416                                                         / ( c_2 - c_1    ) )                      &
[3083]417                                              * l1d(k) / lambda
418                   ENDIF
[3135]419                   c_3 = ( c_1 - c_2 ) * alpha_buoyancy + 1.0_wp
[4677]420                   te_diss(k) = ( km1d(k) *                                                        &
421                                  ( ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2                      &
422                                  + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2                      &
423                                  ) * ( c_1 + (c_2 - c_1) * l1d(k) / lambda )                      &
424                                  - g / pt_0 * kh1d(k) * flux * c_3                                &
425                                  - c_2 * diss1d(k)                                                &
426                                ) * diss1d(k) / ( e1d(k) + 1.0E-20_wp )                            &
427                                + (   kmzp * ( diss1d(k+1) - diss1d(k) )                           &
428                                           * ddzu(k+1)                                             &
429                                    - kmzm * ( diss1d(k) - diss1d(k-1) )                           &
430                                           * ddzu(k)                                               &
[3083]431                                  ) * ddzw(k) / sig_diss
[2696]432
433                ENDIF
434
[1]435             ENDDO
436          ENDIF
437
438!
[2696]439!--       Tendency terms at the top of the constant-flux layer.
[4677]440!--       Finite differences of the momentum fluxes are computed using half the normal grid length
441!--       (2.0*ddzw(k)) for the sake of enhanced accuracy
[1691]442          IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1]443
444             k = nzb+1
[1353]445             kmzm = 0.5_wp * ( km1d(k-1) + km1d(k) )
446             kmzp = 0.5_wp * ( km1d(k) + km1d(k+1) )
[75]447             IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1]448                pt_0 = pt_init(k)
449                flux =  ( pt_init(k+1)-pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
450             ELSE
[1353]451                pt_0 = pt_init(k) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(k) )
[4677]452                flux = ( ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) +                                         &
453                         0.61_wp * ( pt_init(k+1) * q_init(k+1) -                                  &
454                                     pt_init(k-1) * q_init(k-1)   )                                &
[1]455                       ) * dd2zu(k)
456             ENDIF
457
[2696]458!
[4677]459!--          Calculate dissipation rate if no prognostic equation is used for dissipation rate.
[1]460             IF ( dissipation_1d == 'detering' )  THEN
[3083]461                diss1d(k) = c_0**3 * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
[1]462             ELSEIF ( dissipation_1d == 'as_in_3d_model' )  THEN
[4677]463                diss1d(k) = ( 0.19_wp + 0.74_wp * l1d_diss(k) / l1d_init(k) )                      &
[2696]464                            * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
[1]465             ENDIF
466
467!
468!--          u-component
[4677]469             te_u(k) = f * ( v1d(k) - vg(k) ) + (                                                  &
470                       kmzp * ( u1d(k+1) - u1d(k) ) * ddzu(k+1) + usws1d                           &
[1353]471                                                ) * 2.0_wp * ddzw(k)
[1]472!
473!--          v-component
[4677]474             te_v(k) = -f * ( u1d(k) - ug(k) ) + (                                                 &
475                       kmzp * ( v1d(k+1) - v1d(k) ) * ddzu(k+1) + vsws1d                           &
[1353]476                                                 ) * 2.0_wp * ddzw(k)
[1]477!
478!--          TKE
[2696]479             IF ( .NOT. dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
[3083]480                !> @query why integrate over 2dz
481                !>   Why is it allowed to integrate over two delta-z for e
482                !>   while for u and v it is not?
483                !>   2018-04-23, gronemeier
[4677]484                te_e(k) = km1d(k) * ( ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2                    &
485                                    + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2                    &
486                                    )                                                              &
487                                    - g / pt_0 * kh1d(k) * flux                                    &
488                                    +           (                                                  &
489                                     kmzp * ( e1d(k+1) - e1d(k) ) * ddzu(k+1)                      &
490                                   - kmzm * ( e1d(k) - e1d(k-1) ) * ddzu(k)                        &
491                                                 ) * ddzw(k) / sig_e                               &
[2696]492                                   - diss1d(k)
493             ENDIF
494
[1]495          ENDIF
496
497!
498!--       Prognostic equations for all 1D variables
499          DO  k = nzb+1, nzt
500
[4677]501             u1d_p(k) = u1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_u(k) + tsc(3) * te_um(k) )
502             v1d_p(k) = v1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_v(k) + tsc(3) * te_vm(k) )
[1]503
504          ENDDO
505          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
[2696]506
[1]507             DO  k = nzb+1, nzt
[4677]508                e1d_p(k) = e1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_e(k) + tsc(3) * te_em(k) )
[2696]509             ENDDO
[1]510
511!
[4677]512!--          Eliminate negative TKE values, which can result from the integration due to numerical
513!--          inaccuracies. In such cases the TKE value is reduced to 10 percent of its old value.
[1353]514             WHERE ( e1d_p < 0.0_wp )  e1d_p = 0.1_wp * e1d
[3083]515
516             IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
517                DO  k = nzb+1, nzt
[4677]518                   diss1d_p(k) = diss1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_diss(k) + tsc(3) * te_dissm(k) )
[3083]519                ENDDO
520                WHERE ( diss1d_p < 0.0_wp )  diss1d_p = 0.1_wp * diss1d
521             ENDIF
[1]522          ENDIF
523
524!
525!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
526          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) THEN
527             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
528
529                DO  k = nzb+1, nzt
530                   te_um(k) = te_u(k)
531                   te_vm(k) = te_v(k)
532                ENDDO
533
534                IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
535                   DO k = nzb+1, nzt
536                      te_em(k) = te_e(k)
537                   ENDDO
[2696]538                   IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
539                      DO k = nzb+1, nzt
540                         te_dissm(k) = te_diss(k)
541                      ENDDO
542                   ENDIF
[1]543                ENDIF
544
[4677]545             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < intermediate_timestep_count_max )  THEN
[1]546
547                DO  k = nzb+1, nzt
[1353]548                   te_um(k) = -9.5625_wp * te_u(k) + 5.3125_wp * te_um(k)
549                   te_vm(k) = -9.5625_wp * te_v(k) + 5.3125_wp * te_vm(k)
[1]550                ENDDO
551
552                IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
553                   DO k = nzb+1, nzt
[1353]554                      te_em(k) = -9.5625_wp * te_e(k) + 5.3125_wp * te_em(k)
[1]555                   ENDDO
[2696]556                   IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
557                      DO k = nzb+1, nzt
[4677]558                         te_dissm(k) = -9.5625_wp * te_diss(k) + 5.3125_wp * te_dissm(k)
[2696]559                      ENDDO
560                   ENDIF
[1]561                ENDIF
562
563             ENDIF
564          ENDIF
565
566!
567!--       Boundary conditions for the prognostic variables.
[4677]568!--       At the top boundary (nzt+1) u, v, e, and diss keep their initial values (ug(nzt+1),
569!--       vg(nzt+1), 0, 0).
570!--       At the bottom boundary, Dirichlet condition is used for u and v (0) and Neumann condition
571!--       for e and diss (e(nzb)=e(nzb+1)).
[1353]572          u1d_p(nzb) = 0.0_wp
573          v1d_p(nzb) = 0.0_wp
[667]574
[1]575!
576!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
577          u1d  = u1d_p
578          v1d  = v1d_p
579          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
580             e1d  = e1d_p
[2696]581             IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
582                diss1d = diss1d_p
583             ENDIF
[1]584          ENDIF
585
586!
587!--       Compute diffusion quantities
588          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
589
590!
[2696]591!--          First compute the vertical fluxes in the constant-flux layer
[1691]592             IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1]593!
[4586]594!--             Compute theta* using Ri numbers of the previous time step
595                IF ( ri1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
[1]596!
597!--                Stable stratification
[4677]598                   ts1d = kappa * ( pt_init(nzb+1) - pt_init(nzb) ) /                              &
599                          ( LOG( zu(nzb+1) / z0h1d ) + 5.0_wp * ri1d(nzb+1) *                      &
600                                          ( zu(nzb+1) - z0h1d ) / zu(nzb+1)                        &
[1]601                          )
602                ELSE
603!
604!--                Unstable stratification
[4586]605                   a = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * ri1d(nzb+1) )
[4677]606                   b = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * ri1d(nzb+1) / zu(nzb+1) * z0h1d )
[2337]607
[4677]608                   ts1d = kappa * ( pt_init(nzb+1) - pt_init(nzb) ) /                              &
609                          LOG( (a-1.0_wp) / (a+1.0_wp) * (b+1.0_wp) / (b-1.0_wp) )
[1]610                ENDIF
611
[1691]612             ENDIF    ! constant_flux_layer
[3083]613             !> @todo combine if clauses
614             !>   The previous and following if clauses can be combined into a
615             !>   single clause
616             !>   2018-04-23, gronemeier
[1]617!
[4586]618!--          Compute the gradient Richardson numbers,
[4677]619!--          first at the top of the constant-flux layer using u* of the previous time step
620!--          (+1E-30, if u* = 0), then in the remaining area.
[4586]621!--          There, the Ri numbers of the previous time step are used.
[1]622
[1691]623             IF ( constant_flux_layer )  THEN
[75]624                IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1]625                   pt_0 = pt_init(nzb+1)
626                   flux = ts1d
627                ELSE
[1353]628                   pt_0 = pt_init(nzb+1) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(nzb+1) )
629                   flux = ts1d + 0.61_wp * pt_init(k) * qs1d
[1]630                ENDIF
[4677]631                ri1d(nzb+1) = zu(nzb+1) * kappa * g * flux / ( pt_0 * ( us1d**2 + 1E-30_wp ) )
[1]632             ENDIF
633
634             DO  k = nzb_diff, nzt
[75]635                IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1]636                   pt_0 = pt_init(k)
637                   flux = ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
638                ELSE
[1353]639                   pt_0 = pt_init(k) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(k) )
[4677]640                   flux = ( ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) )                                        &
641                            + 0.61_wp                                                              &
642                            * (   pt_init(k+1) * q_init(k+1)                                       &
643                                - pt_init(k-1) * q_init(k-1) )                                     &
[1]644                          ) * dd2zu(k)
645                ENDIF
[4586]646                IF ( ri1d(k) >= 0.0_wp )  THEN
[4677]647                   ri1d(k) = g / pt_0 * flux /                                                     &
648                              (  ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2                         &
649                               + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2                         &
650                               + 1E-30_wp                                                          &
[1]651                              )
652                ELSE
[4677]653                   ri1d(k) = g / pt_0 * flux /                                                     &
654                              (  ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2                         &
655                               + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2                         &
656                               + 1E-30_wp                                                          &
[4586]657                              ) * ( 1.0_wp - 16.0_wp * ri1d(k) )**0.25_wp
[1]658                ENDIF
659             ENDDO
660!
[4677]661!--          Richardson numbers must remain restricted to a realistic value range. It is exceeded
662!--           excessively for very small velocities (u,v --> 0).
[4586]663             WHERE ( ri1d < -5.0_wp )  ri1d = -5.0_wp
664             WHERE ( ri1d > 1.0_wp )  ri1d = 1.0_wp
[1]665
666!
667!--          Compute u* from the absolute velocity value
[1691]668             IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1]669                uv_total = SQRT( u1d(nzb+1)**2 + v1d(nzb+1)**2 )
670
[4586]671                IF ( ri1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
[1]672!
673!--                Stable stratification
[4677]674                   us1d = kappa * uv_total / ( LOG( zu(nzb+1) / z01d )                             &
675                                               + 5.0_wp * ri1d(nzb+1) * ( zu(nzb+1) - z01d )       &
676                                                 / zu(nzb+1)                                       &
[1]677                                             )
678                ELSE
679!
680!--                Unstable stratification
[4586]681                   a = 1.0_wp / SQRT( SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * ri1d(nzb+1) ) )
[4677]682                   b = 1.0_wp / SQRT( SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * ri1d(nzb+1) / zu(nzb+1) * z01d ) )
683                   us1d = kappa * uv_total / ( LOG( (1.0_wp+b) / (1.0_wp-b) * (1.0_wp-a) /         &
684                                                    (1.0_wp+a) ) +                                 &
685                                               2.0_wp * ( ATAN( b ) - ATAN( a ) )                  &
[2337]686                                             )
[1]687                ENDIF
688
689!
690!--             Compute the momentum fluxes for the diffusion terms
691                usws1d  = - u1d(nzb+1) / uv_total * us1d**2
692                vsws1d  = - v1d(nzb+1) / uv_total * us1d**2
693
694!
[4677]695!--             Boundary condition for the turbulent kinetic energy and dissipation rate at the top
696!--             of the constant-flux layer.
697!--             Additional Neumann condition de/dz = 0 at nzb is set to ensure compatibility with
698!--             the 3D model.
[1]699                IF ( ibc_e_b == 2 )  THEN
[3083]700                   e1d(nzb+1) = ( us1d / c_0 )**2
[1]701                ENDIF
[2696]702                IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
[3083]703                   e1d(nzb+1) = ( us1d / c_0 )**2
[2696]704                   diss1d(nzb+1) = us1d**3 / ( kappa * zu(nzb+1) )
705                   diss1d(nzb) = diss1d(nzb+1)
706                ENDIF
[1]707                e1d(nzb) = e1d(nzb+1)
708
[1960]709                IF ( humidity ) THEN
[1]710!
[4449]711!--                Compute q*
[4586]712                   IF ( ri1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
[1]713!
[1960]714!--                   Stable stratification
[4677]715                      qs1d = kappa * ( q_init(nzb+1) - q_init(nzb) ) /                             &
716                             ( LOG( zu(nzb+1) / z0h1d ) + 5.0_wp * ri1d(nzb+1) *                   &
717                                             ( zu(nzb+1) - z0h1d ) / zu(nzb+1)                     &
718                             )
[1960]719                   ELSE
[1]720!
[1960]721!--                   Unstable stratification
[4586]722                      a = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * ri1d(nzb+1) )
[4677]723                      b = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * ri1d(nzb+1) / zu(nzb+1) * z0h1d )
724                      qs1d = kappa * ( q_init(nzb+1) - q_init(nzb) ) /                             &
725                             LOG( (a-1.0_wp) / (a+1.0_wp) * (b+1.0_wp) / (b-1.0_wp) )
[2337]726                   ENDIF
[1]727                ELSE
[1353]728                   qs1d = 0.0_wp
[2337]729                ENDIF
[1]730
[1691]731             ENDIF   !  constant_flux_layer
[1]732
733!
[4677]734!--          Compute the diabatic mixing length. The unstable stratification must not be considered
735!--          for l1d (km1d) as it is already considered in the dissipation of TKE via l1d_diss.
736!--          Otherwise, km1d would be too large.
[3083]737             IF ( dissipation_1d /= 'prognostic' )  THEN
738                IF ( mixing_length_1d == 'blackadar' )  THEN
739                   DO  k = nzb+1, nzt
[4586]740                      IF ( ri1d(k) >= 0.0_wp )  THEN
741                         l1d(k) = l1d_init(k) / ( 1.0_wp + 5.0_wp * ri1d(k) )
[3083]742                         l1d_diss(k) = l1d(k)
743                      ELSE
744                         l1d(k) = l1d_init(k)
[4677]745                         l1d_diss(k) = l1d_init(k) * SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * ri1d(k) )
[3083]746                      ENDIF
747                   ENDDO
748                ELSEIF ( mixing_length_1d == 'as_in_3d_model' )  THEN
749                   DO  k = nzb+1, nzt
750                      dpt_dz = ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
751                      IF ( dpt_dz > 0.0_wp )  THEN
[4677]752                         l_stable = 0.76_wp * SQRT( e1d(k) )                                       &
753                                    / SQRT( g / pt_init(k) * dpt_dz ) + 1E-5_wp
[3083]754                      ELSE
755                         l_stable = l1d_init(k)
756                      ENDIF
757                      l1d(k) = MIN( l1d_init(k), l_stable )
[2337]758                      l1d_diss(k) = l1d(k)
[3083]759                   ENDDO
760                ENDIF
761             ELSE
[1]762                DO  k = nzb+1, nzt
[4677]763                   l1d(k) = c_0**3 * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / ( diss1d(k) + 1.0E-30_wp )
[1]764                ENDDO
765             ENDIF
766
767!
[4677]768!--          Compute the diffusion coefficients for momentum via the corresponding Prandtl-layer
769!--          relationship and according to Prandtl-Kolmogorov, respectively
[1691]770             IF ( constant_flux_layer )  THEN
[4586]771                IF ( ri1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
[4677]772                   km1d(nzb+1) = us1d * kappa * zu(nzb+1) /                                        &
[4586]773                                 ( 1.0_wp + 5.0_wp * ri1d(nzb+1) )
[1]774                ELSE
[4677]775                   km1d(nzb+1) = us1d * kappa * zu(nzb+1) *                                        &
[4586]776                                 ( 1.0_wp - 16.0_wp * ri1d(nzb+1) )**0.25_wp
[1]777                ENDIF
778             ENDIF
[3083]779
[2696]780             IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
781                DO  k = nzb_diff, nzt
782                   km1d(k) = c_mu * e1d(k)**2 / ( diss1d(k) + 1.0E-30_wp )
783                ENDDO
784             ELSE
785                DO  k = nzb_diff, nzt
[3083]786                   km1d(k) = c_0 * SQRT( e1d(k) ) * l1d(k)
[2696]787                ENDDO
788             ENDIF
[1]789
790!
791!--          Add damping layer
792             DO  k = damp_level_ind_1d+1, nzt+1
[1353]793                km1d(k) = 1.1_wp * km1d(k-1)
[1346]794                km1d(k) = MIN( km1d(k), 10.0_wp )
[1]795             ENDDO
796
797!
[4677]798!--          Compute the diffusion coefficient for heat via the relationship kh = phim / phih * km
[1]799             DO  k = nzb+1, nzt
[4586]800                IF ( ri1d(k) >= 0.0_wp )  THEN
[1]801                   kh1d(k) = km1d(k)
802                ELSE
[4586]803                   kh1d(k) = km1d(k) * ( 1.0_wp - 16.0_wp * ri1d(k) )**0.25_wp
[1]804                ENDIF
805             ENDDO
806
807          ENDIF   ! .NOT. constant_diffusion
808
809       ENDDO   ! intermediate step loop
810
811!
812!--    Increment simulated time and output times
813       current_timestep_number_1d = current_timestep_number_1d + 1
814       simulated_time_1d          = simulated_time_1d + dt_1d
815       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time_1d )
816       time_pr_1d                 = time_pr_1d          + dt_1d
817       time_run_control_1d        = time_run_control_1d + dt_1d
818
819!
820!--    Determine and print out quantities for run control
821       IF ( time_run_control_1d >= dt_run_control_1d )  THEN
822          CALL run_control_1d
823          time_run_control_1d = time_run_control_1d - dt_run_control_1d
824       ENDIF
825
826!
827!--    Profile output on file
828       IF ( time_pr_1d >= dt_pr_1d )  THEN
829          CALL print_1d_model
830          time_pr_1d = time_pr_1d - dt_pr_1d
831       ENDIF
832
833!
834!--    Determine size of next time step
835       CALL timestep_1d
836
837    ENDDO   ! time loop
[4449]838!
[4677]839!-- Set intermediate_timestep_count back to zero. This is required e.g. for initial calls of
840!-- calc_mean_profile.
[4449]841    intermediate_timestep_count = 0
[1]842
843 END SUBROUTINE time_integration_1d
844
845
[4677]846!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1]847! Description:
848! ------------
[1682]849!> Compute and print out quantities for run control of the 1D model.
[4677]850!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[4449]851
[1682]852 SUBROUTINE run_control_1d
[1]853
[1682]854
[1]855    IMPLICIT NONE
856
[2338]857    INTEGER(iwp) ::  k     !< loop index
[4449]858
[2338]859    REAL(wp) ::  alpha     !< angle of wind vector at top of constant-flux layer
860    REAL(wp) ::  energy    !< kinetic energy
861    REAL(wp) ::  umax      !< maximum of u
862    REAL(wp) ::  uv_total  !< horizontal wind speed
863    REAL(wp) ::  vmax      !< maximum of v
[1]864
865!
866!-- Output
867    IF ( myid == 0 )  THEN
868!
869!--    If necessary, write header
870       IF ( .NOT. run_control_header_1d )  THEN
[184]871          CALL check_open( 15 )
[1]872          WRITE ( 15, 100 )
873          run_control_header_1d = .TRUE.
874       ENDIF
875
876!
877!--    Compute control quantities
878!--    grid level nzp is excluded due to mirror boundary condition
[1353]879       umax = 0.0_wp; vmax = 0.0_wp; energy = 0.0_wp
[1]880       DO  k = nzb+1, nzt+1
881          umax = MAX( ABS( umax ), ABS( u1d(k) ) )
882          vmax = MAX( ABS( vmax ), ABS( v1d(k) ) )
[1353]883          energy = energy + 0.5_wp * ( u1d(k)**2 + v1d(k)**2 )
[1]884       ENDDO
[1322]885       energy = energy / REAL( nzt - nzb + 1, KIND=wp )
[1]886
887       uv_total = SQRT( u1d(nzb+1)**2 + v1d(nzb+1)**2 )
[1691]888       IF ( ABS( v1d(nzb+1) ) < 1.0E-5_wp )  THEN
[1346]889          alpha = ACOS( SIGN( 1.0_wp , u1d(nzb+1) ) )
[1]890       ELSE
891          alpha = ACOS( u1d(nzb+1) / uv_total )
[1353]892          IF ( v1d(nzb+1) <= 0.0_wp )  alpha = 2.0_wp * pi - alpha
[1]893       ENDIF
[1353]894       alpha = alpha / ( 2.0_wp * pi ) * 360.0_wp
[1]895
[4677]896       WRITE ( 15, 101 )  current_timestep_number_1d, simulated_time_chr, dt_1d, umax, vmax, us1d, &
897                          alpha, energy
[1]898!
899!--    Write buffer contents to disc immediately
[1808]900       FLUSH( 15 )
[1]901
902    ENDIF
903
904!
905!-- formats
[4677]906100 FORMAT (///'1D run control output:'/                                                           &
907               '------------------------------'//                                                  &
908            'ITER.   HH:MM:SS    DT      UMAX   VMAX    U*   ALPHA   ENERG.'/                      &
909            '-------------------------------------------------------------')
[2965]910101 FORMAT (I7,1X,A9,1X,F6.2,2X,F6.2,1X,F6.2,1X,F6.3,2X,F5.1,2X,F7.2)
[1]911
912
913 END SUBROUTINE run_control_1d
914
915
916
[4677]917!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1]918! Description:
919! ------------
[1682]920!> Compute the time step w.r.t. the diffusion criterion
[4677]921!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[4449]922
[1682]923 SUBROUTINE timestep_1d
[1]924
925    IMPLICIT NONE
926
[2338]927    INTEGER(iwp) ::  k    !< loop index
[1]928
[2338]929    REAL(wp) ::  dt_diff  !< time step accorind to diffusion criterion
[3083]930    REAL(wp) ::  dt_old   !< previous time step
[2338]931    REAL(wp) ::  fac      !< factor of criterion
932    REAL(wp) ::  value    !< auxiliary variable
[1]933
934!
[3083]935!-- Save previous time step
936    dt_old = dt_1d
937
938!
[4677]939!-- Compute the currently feasible time step according to the diffusion criterion. At nzb+1 the half
940!-- grid length is used.
[3083]941    fac = 0.125
[1]942    dt_diff = dt_max_1d
943    DO  k = nzb+2, nzt
[1353]944       value   = fac * dzu(k) * dzu(k) / ( km1d(k) + 1E-20_wp )
[1]945       dt_diff = MIN( value, dt_diff )
946    ENDDO
[1353]947    value   = fac * zu(nzb+1) * zu(nzb+1) / ( km1d(nzb+1) + 1E-20_wp )
[1]948    dt_1d = MIN( value, dt_diff )
949
950!
[3083]951!-- Limit the new time step to a maximum of 10 times the previous time step
952    dt_1d = MIN( dt_old * 10.0_wp, dt_1d )
953
954!
[1]955!-- Set flag when the time step becomes too small
[3083]956    IF ( dt_1d < ( 1.0E-15_wp * dt_max_1d ) )  THEN
[1]957       stop_dt_1d = .TRUE.
[254]958
[4677]959       WRITE( message_string, * ) 'timestep has exceeded the lower limit&', 'dt_1d = ',dt_1d,      &
960                                  ' s   simulation stopped!'
[254]961       CALL message( 'timestep_1d', 'PA0192', 1, 2, 0, 6, 0 )
[4449]962
[1]963    ENDIF
964
965 END SUBROUTINE timestep_1d
966
967
968
[4677]969!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1]970! Description:
971! ------------
[1682]972!> List output of profiles from the 1D-model
[4677]973!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[4449]974
[1682]975 SUBROUTINE print_1d_model
[1]976
977    IMPLICIT NONE
978
[2338]979    INTEGER(iwp) ::  k  !< loop parameter
[1]980
[2338]981    LOGICAL, SAVE :: write_first = .TRUE. !< flag for writing header
[1]982
983
984    IF ( myid == 0 )  THEN
985!
986!--    Open list output file for profiles from the 1D-model
987       CALL check_open( 17 )
988
989!
990!--    Write Header
[2338]991       IF ( write_first )  THEN
992          WRITE ( 17, 100 )  TRIM( run_description_header )
993          write_first = .FALSE.
994       ENDIF
[1]995
996!
997!--    Write the values
[2338]998       WRITE ( 17, 104 )  TRIM( simulated_time_chr )
999       WRITE ( 17, 101 )
[1]1000       WRITE ( 17, 102 )
1001       WRITE ( 17, 101 )
1002       DO  k = nzt+1, nzb, -1
[4677]1003          WRITE ( 17, 103)  k, zu(k), u1d(k), v1d(k), pt_init(k), e1d(k), ri1d(k), km1d(k),        &
1004                            kh1d(k), l1d(k), diss1d(k)
[1]1005       ENDDO
1006       WRITE ( 17, 101 )
1007       WRITE ( 17, 102 )
1008       WRITE ( 17, 101 )
1009
1010!
1011!--    Write buffer contents to disc immediately
[1808]1012       FLUSH( 17 )
[1]1013
1014    ENDIF
1015
1016!
1017!-- Formats
[2338]1018100 FORMAT ('# ',A/'#',10('-')/'# 1d-model profiles')
1019104 FORMAT (//'# Time: ',A)
[2696]1020101 FORMAT ('#',111('-'))
1021102 FORMAT ('#  k     zu      u          v          pt         e          ',   &
[4586]1022            'Ri         Km         Kh         l          diss   ')
[2696]1023103 FORMAT (1X,I4,1X,F7.1,9(1X,E10.3))
[1]1024
1025
1026 END SUBROUTINE print_1d_model
[2338]1027
1028
[3045]1029 END MODULE
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.