source: palm/trunk/SOURCE/model_1d_mod.f90 @ 3004

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bugfix: adjusted format string for 1D run control output

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 42.2 KB
RevLine 
[2338]1!> @file model_1d_mod.f90
[2000]2!------------------------------------------------------------------------------!
[2696]3! This file is part of the PALM model system.
[1036]4!
[2000]5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
[1036]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!
[2718]17! Copyright 1997-2018 Leibniz Universitaet Hannover
[2000]18!------------------------------------------------------------------------------!
[1036]19!
[254]20! Current revisions:
[1]21! -----------------
[1961]22!
[2299]23!
[1961]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: model_1d_mod.f90 2965 2018-04-13 07:37:25Z Giersch $
[2965]27! adjusted format string for 1D run control output
28!
29! 2918 2018-03-21 15:52:14Z gronemeier
[2918]30! - rename l_black into l1d_init
31! - calculate l_grid within init_1d_model and save it as l1d_init
32!
33! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
[2716]34! Corrected "Former revisions" section
35!
36! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
37! Change in file header (GPL part)
[2696]38! implement TKE-e closure
39! modification of dissipation production according to Detering and Etling
40! reduced factor for timestep criterion to 0.125 and first dt to 1s (TG)
41!
42! 2339 2017-08-07 13:55:26Z gronemeier
[2339]43! corrected timestamp in header
44!
45! 2338 2017-08-07 12:15:38Z gronemeier
[2338]46! renamed init_1d_model to model_1d_mod and and formatted it as a module;
47! reformatted output of profiles
48!
[2339]49! 2337 2017-08-07 08:59:53Z gronemeier
[2337]50! revised calculation of mixing length
51! removed rounding of time step
52! corrected calculation of virtual potential temperature
53!
54! 2334 2017-08-04 11:57:04Z gronemeier
[2334]55! set c_m = 0.4 according to Detering and Etling (1985)
56!
57! 2299 2017-06-29 10:14:38Z maronga
[2299]58! Removed german text
[1961]59!
[2299]60! 2101 2017-01-05 16:42:31Z suehring
61!
[2060]62! 2059 2016-11-10 14:20:40Z maronga
63! Corrected min/max values of Rif.
64!
[2001]65! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
66! Forced header and separation lines into 80 columns
67!
[1961]68! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
[1960]69! Remove passive_scalar from IF-statements, as 1D-scalar profile is effectively
70! not used.
71! Formatting adjustment
[1809]72!
73! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
74! routine local_flush replaced by FORTRAN statement
75!
[1710]76! 1709 2015-11-04 14:47:01Z maronga
77! Set initial time step to 10 s to avoid instability of the 1d model for small
78! grid spacings
79!
[1698]80! 1697 2015-10-28 17:14:10Z raasch
81! small E- and F-FORMAT changes to avoid informative compiler messages about
82! insufficient field width
83!
[1692]84! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
85! Renamed prandtl_layer to constant_flux_layer. rif is replaced by ol and zeta.
86!
[1683]87! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
88! Code annotations made doxygen readable
89!
[1354]90! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
91! REAL constants provided with KIND-attribute
92!
[1347]93! 1346 2014-03-27 13:18:20Z heinze
94! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute especially in call of
95! intrinsic function like MAX, MIN, SIGN
96!
[1323]97! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
98! REAL functions provided with KIND-attribute
99!
[1321]100! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
[1320]101! ONLY-attribute added to USE-statements,
102! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
103! kinds are defined in new module kinds,
104! revision history before 2012 removed,
105! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
106! all variable declaration statements
[1321]107!
[1037]108! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
109! code put under GPL (PALM 3.9)
110!
[1017]111! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
112! adjustment of mixing length to the Prandtl mixing length at first grid point
113! above ground removed
114!
[1002]115! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
116! all actions concerning leapfrog scheme removed
117!
[997]118! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
119! little reformatting
120!
[979]121! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
122! roughness length for scalar quantities z0h1d added
123!
[1]124! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:10  raasch
125! Initial revision
126!
127!
128! Description:
129! ------------
[1682]130!> 1D-model to initialize the 3D-arrays.
131!> The temperature profile is set as steady and a corresponding steady solution
132!> of the wind profile is being computed.
133!> All subroutines required can be found within this file.
[1691]134!>
135!> @todo harmonize code with new surface_layer_fluxes module
[1709]136!> @bug 1D model crashes when using small grid spacings in the order of 1 m
[2965]137!> @fixme option "as_in_3d_model" seems to be an inappropriate option because
[2918]138!>        the 1D model uses different turbulence closure approaches at least if
139!>        the 3D model is set to LES-mode.
[1]140!------------------------------------------------------------------------------!
[2338]141 MODULE model_1d_mod
[1]142
[1320]143    USE arrays_3d,                                                             &
[2918]144        ONLY:  dd2zu, ddzu, ddzw, dzu, dzw, pt_init, q_init, ug, u_init,       &
[2338]145               vg, v_init, zu
[1320]146   
[2338]147    USE control_parameters,                                                    &
148        ONLY:  constant_diffusion, constant_flux_layer, dissipation_1d, f, g,  &
149               humidity, ibc_e_b, intermediate_timestep_count,                 &
150               intermediate_timestep_count_max, kappa, km_constant,            &
151               message_string, mixing_length_1d, prandtl_number,               &
[2696]152               roughness_length, run_description_header, simulated_time_chr,   &
153               timestep_scheme, tsc, z0h_factor
[2338]154
[1320]155    USE indices,                                                               &
[2338]156        ONLY:  nzb, nzb_diff, nzt
[1320]157   
158    USE kinds
[1]159
[2338]160    USE pegrid
161       
162
[1]163    IMPLICIT NONE
164
[2338]165    INTEGER(iwp) ::  current_timestep_number_1d = 0  !< current timestep number (1d-model)
[2696]166    INTEGER(iwp) ::  damp_level_ind_1d               !< lower grid index of damping layer (1d-model)
[2338]167
168    LOGICAL ::  run_control_header_1d = .FALSE.  !< flag for output of run control header (1d-model)
169    LOGICAL ::  stop_dt_1d = .FALSE.             !< termination flag, used in case of too small timestep (1d-model)
170
[2696]171    REAL(wp) ::  c_1 = 1.44_wp                 !< model constant
172    REAL(wp) ::  c_2 = 1.92_wp                 !< model constant
173    REAL(wp) ::  c_3 = 1.44_wp                 !< model constant
174    REAL(wp) ::  c_h = 0.0015_wp               !< model constant according to Detering and Etling (1985)
[2338]175    REAL(wp) ::  c_m = 0.4_wp                  !< model constant, 0.4 according to Detering and Etling (1985)
[2696]176    REAL(wp) ::  c_mu = 0.09_wp                !< model constant
177    REAL(wp) ::  damp_level_1d = -1.0_wp       !< namelist parameter
[2338]178    REAL(wp) ::  dt_1d = 60.0_wp               !< dynamic timestep (1d-model)
179    REAL(wp) ::  dt_max_1d = 300.0_wp          !< timestep limit (1d-model)
[2696]180    REAL(wp) ::  dt_pr_1d = 9999999.9_wp       !< namelist parameter
181    REAL(wp) ::  dt_run_control_1d = 60.0_wp   !< namelist parameter
182    REAL(wp) ::  end_time_1d = 864000.0_wp     !< namelist parameter
[2338]183    REAL(wp) ::  qs1d                          !< characteristic humidity scale (1d-model)
184    REAL(wp) ::  simulated_time_1d = 0.0_wp    !< updated simulated time (1d-model)
[2696]185    REAL(wp) ::  sig_diss = 1.3_wp             !< model constant
[2338]186    REAL(wp) ::  time_pr_1d = 0.0_wp           !< updated simulated time for profile output (1d-model)
187    REAL(wp) ::  time_run_control_1d = 0.0_wp  !< updated simulated time for run-control output (1d-model)
188    REAL(wp) ::  ts1d                          !< characteristic temperature scale (1d-model)
[2696]189    REAL(wp) ::  us1d                          !< friction velocity (1d-model)
190    REAL(wp) ::  usws1d                        !< u-component of the momentum flux (1d-model)
191    REAL(wp) ::  vsws1d                        !< v-component of the momentum flux (1d-model)
[2338]192    REAL(wp) ::  z01d                          !< roughness length for momentum (1d-model)
193    REAL(wp) ::  z0h1d                         !< roughness length for scalars (1d-model)
194
195
[2696]196    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  diss1d   !< tke dissipation rate (1d-model)
197    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  diss1d_p !< prognostic value of tke dissipation rate (1d-model)
198    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  e1d      !< tke (1d-model)
[2338]199    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  e1d_p    !< prognostic value of tke (1d-model)
[2696]200    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  kh1d     !< turbulent diffusion coefficient for heat (1d-model)
201    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  km1d     !< turbulent diffusion coefficient for momentum (1d-model)
202    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l1d      !< mixing length for turbulent diffusion coefficients (1d-model)
[2918]203    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l1d_init !< initial mixing length (1d-model)
[2338]204    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l1d_diss !< mixing length for dissipation (1d-model)
[2696]205    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  rif1d    !< Richardson flux number (1d-model)
206    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_diss  !< tendency of diss (1d-model)
207    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_dissm !< weighted tendency of diss for previous sub-timestep (1d-model)
[2338]208    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_e     !< tendency of e (1d-model)
209    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_em    !< weighted tendency of e for previous sub-timestep (1d-model)
210    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_u     !< tendency of u (1d-model)
211    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_um    !< weighted tendency of u for previous sub-timestep (1d-model)
212    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_v     !< tendency of v (1d-model)
213    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_vm    !< weighted tendency of v for previous sub-timestep (1d-model)
[2696]214    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  u1d      !< u-velocity component (1d-model)
[2338]215    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  u1d_p    !< prognostic value of u-velocity component (1d-model)
[2696]216    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  v1d      !< v-velocity component (1d-model)
[2338]217    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  v1d_p    !< prognostic value of v-velocity component (1d-model)
218
219!
220!-- Initialize 1D model
221    INTERFACE init_1d_model
222       MODULE PROCEDURE init_1d_model
223    END INTERFACE init_1d_model
224
225!
226!-- Print profiles
227    INTERFACE print_1d_model
228       MODULE PROCEDURE print_1d_model
229    END INTERFACE print_1d_model
230
231!
232!-- Print run control information
233    INTERFACE run_control_1d
234       MODULE PROCEDURE run_control_1d
235    END INTERFACE run_control_1d
236
237!
238!-- Main procedure
239    INTERFACE time_integration_1d
240       MODULE PROCEDURE time_integration_1d
241    END INTERFACE time_integration_1d
242
243!
244!-- Calculate time step
245    INTERFACE timestep_1d
246       MODULE PROCEDURE timestep_1d
247    END INTERFACE timestep_1d
248
249    SAVE
250
251    PRIVATE
252!
253!-- Public interfaces
254    PUBLIC  init_1d_model
255
256!
257!-- Public variables
[2696]258    PUBLIC  damp_level_1d, damp_level_ind_1d, diss1d, dt_pr_1d,                &
259            dt_run_control_1d, e1d, end_time_1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d,  &
260            us1d, usws1d, v1d, vsws1d
[2338]261
262
263    CONTAINS
264
265 SUBROUTINE init_1d_model
266 
[2918]267    USE grid_variables,                                                        &
268        ONLY:  dx, dy
269
[2338]270    IMPLICIT NONE
271
[2696]272    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string  !< function to transform time from real to character string
273
274    INTEGER(iwp) ::  k  !< loop index
[1320]275   
[2696]276    REAL(wp) ::  lambda !< maximum mixing length
[1]277
278!
279!-- Allocate required 1D-arrays
[2696]280    ALLOCATE( diss1d(nzb:nzt+1), diss1d_p(nzb:nzt+1),                          &
281              e1d(nzb:nzt+1), e1d_p(nzb:nzt+1), kh1d(nzb:nzt+1),               &
[2918]282              km1d(nzb:nzt+1), l1d(nzb:nzt+1), l1d_init(nzb:nzt+1),            &
[2696]283              l1d_diss(nzb:nzt+1), rif1d(nzb:nzt+1), te_diss(nzb:nzt+1),       &
284              te_dissm(nzb:nzt+1), te_e(nzb:nzt+1),                            &
[2338]285              te_em(nzb:nzt+1), te_u(nzb:nzt+1), te_um(nzb:nzt+1),             &
286              te_v(nzb:nzt+1), te_vm(nzb:nzt+1), u1d(nzb:nzt+1),               &
287              u1d_p(nzb:nzt+1),  v1d(nzb:nzt+1), v1d_p(nzb:nzt+1) )
[1]288
289!
290!-- Initialize arrays
291    IF ( constant_diffusion )  THEN
[1001]292       km1d = km_constant
293       kh1d = km_constant / prandtl_number
[1]294    ELSE
[2696]295       diss1d = 0.0_wp; diss1d_p = 0.0_wp
[1353]296       e1d = 0.0_wp; e1d_p = 0.0_wp
297       kh1d = 0.0_wp; km1d = 0.0_wp
298       rif1d = 0.0_wp
[1]299!
300!--    Compute the mixing length
[2918]301       l1d_init(nzb) = 0.0_wp
[1]302
303       IF ( TRIM( mixing_length_1d ) == 'blackadar' )  THEN
304!
305!--       Blackadar mixing length
[1353]306          IF ( f /= 0.0_wp )  THEN
307             lambda = 2.7E-4_wp * SQRT( ug(nzt+1)**2 + vg(nzt+1)**2 ) /        &
308                               ABS( f ) + 1E-10_wp
[1]309          ELSE
[1353]310             lambda = 30.0_wp
[1]311          ENDIF
312
313          DO  k = nzb+1, nzt+1
[2918]314             l1d_init(k) = kappa * zu(k) / ( 1.0_wp + kappa * zu(k) / lambda )
[1]315          ENDDO
316
317       ELSEIF ( TRIM( mixing_length_1d ) == 'as_in_3d_model' )  THEN
318!
[2918]319!--       Use the same mixing length as in 3D model (LES-mode)
[2965]320          !@todo: rename (delete?) this option
321          ! As the mixing length is different between RANS and LES mode, it
322          ! must be distinguished here between these modes. For RANS mode,
323          ! the mixing length is calculated accoding to Blackadar, which is
324          ! the other option at this point.
325          ! Maybe delete this option entirely (not appropriate in LES case)
326          ! 2018-03-20, gronemeier
[2918]327          DO  k = nzb+1, nzt
328             l1d_init(k)  = ( dx * dy * dzw(k) )**0.33333333333333_wp
329          ENDDO
330          l1d_init(nzt+1) = l1d_init(nzt)
[1]331
332       ENDIF
333    ENDIF
[2918]334    l1d      = l1d_init
335    l1d_diss = l1d_init
[2337]336    u1d      = u_init
337    u1d_p    = u_init
338    v1d      = v_init
339    v1d_p    = v_init
[1]340
341!
342!-- Set initial horizontal velocities at the lowest grid levels to a very small
343!-- value in order to avoid too small time steps caused by the diffusion limit
344!-- in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs in the limiting formula!)
[1353]345    u1d(0:1)   = 0.1_wp
346    u1d_p(0:1) = 0.1_wp
347    v1d(0:1)   = 0.1_wp
348    v1d_p(0:1) = 0.1_wp
[1]349
350!
351!-- For u*, theta* and the momentum fluxes plausible values are set
[1691]352    IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1353]353       us1d = 0.1_wp   ! without initial friction the flow would not change
[1]354    ELSE
[2696]355       diss1d(nzb+1) = 1.0_wp
[1353]356       e1d(nzb+1)  = 1.0_wp
357       km1d(nzb+1) = 1.0_wp
358       us1d = 0.0_wp
[1]359    ENDIF
[1353]360    ts1d = 0.0_wp
361    usws1d = 0.0_wp
362    vsws1d = 0.0_wp
[996]363    z01d  = roughness_length
[978]364    z0h1d = z0h_factor * z01d 
[1960]365    IF ( humidity )  qs1d = 0.0_wp
[1]366
367!
[46]368!-- Tendencies must be preset in order to avoid runtime errors within the
369!-- first Runge-Kutta step
[2696]370    te_dissm = 0.0_wp
[1353]371    te_em = 0.0_wp
372    te_um = 0.0_wp
373    te_vm = 0.0_wp
[46]374
375!
[2338]376!-- Set model constant
377    IF ( dissipation_1d == 'as_in_3d_model' )  c_m = 0.1_wp
378
379!
[1]380!-- Set start time in hh:mm:ss - format
381    simulated_time_chr = time_to_string( simulated_time_1d )
382
383!
[2337]384!-- Integrate the 1D-model equations using the Runge-Kutta scheme
[1]385    CALL time_integration_1d
386
387
388 END SUBROUTINE init_1d_model
389
390
391
392!------------------------------------------------------------------------------!
393! Description:
394! ------------
[2338]395!> Runge-Kutta time differencing scheme for the 1D-model.
[1]396!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]397 
398 SUBROUTINE time_integration_1d
[1]399
400    IMPLICIT NONE
401
[2696]402    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string  !< function to transform time from real to character string
403
[2338]404    INTEGER(iwp) ::  k  !< loop index
[2696]405
[2338]406    REAL(wp) ::  a            !< auxiliary variable
407    REAL(wp) ::  b            !< auxiliary variable
408    REAL(wp) ::  dpt_dz       !< vertical temperature gradient
409    REAL(wp) ::  flux         !< vertical temperature gradient
410    REAL(wp) ::  kmzm         !< Km(z-dz/2)
411    REAL(wp) ::  kmzp         !< Km(z+dz/2)
412    REAL(wp) ::  l_stable     !< mixing length for stable case
413    REAL(wp) ::  pt_0         !< reference temperature
414    REAL(wp) ::  uv_total     !< horizontal wind speed
[1]415
416!
417!-- Determine the time step at the start of a 1D-simulation and
418!-- determine and printout quantities used for run control
[2696]419    dt_1d = 1.0_wp
[1]420    CALL run_control_1d
421
422!
423!-- Start of time loop
424    DO  WHILE ( simulated_time_1d < end_time_1d  .AND.  .NOT. stop_dt_1d )
425
426!
427!--    Depending on the timestep scheme, carry out one or more intermediate
428!--    timesteps
429
430       intermediate_timestep_count = 0
431       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < &
432                   intermediate_timestep_count_max )
433
434          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
435
436          CALL timestep_scheme_steering
437
438!
[2696]439!--       Compute all tendency terms. If a constant-flux layer is simulated,
440!--       k starts at nzb+2.
[1]441          DO  k = nzb_diff, nzt
442
[1353]443             kmzm = 0.5_wp * ( km1d(k-1) + km1d(k) )
444             kmzp = 0.5_wp * ( km1d(k) + km1d(k+1) )
[1]445!
446!--          u-component
447             te_u(k) =  f * ( v1d(k) - vg(k) ) + ( &
[1001]448                              kmzp * ( u1d(k+1) - u1d(k) ) * ddzu(k+1) &
449                            - kmzm * ( u1d(k) - u1d(k-1) ) * ddzu(k)   &
450                                                 ) * ddzw(k)
[1]451!
452!--          v-component
[1001]453             te_v(k) = -f * ( u1d(k) - ug(k) ) + (                     &
454                              kmzp * ( v1d(k+1) - v1d(k) ) * ddzu(k+1) &
455                            - kmzm * ( v1d(k) - v1d(k-1) ) * ddzu(k)   &
456                                                 ) * ddzw(k)
[1]457          ENDDO
458          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
459             DO  k = nzb_diff, nzt
460!
[2696]461!--             TKE and dissipation rate
[1353]462                kmzm = 0.5_wp * ( km1d(k-1) + km1d(k) )
463                kmzp = 0.5_wp * ( km1d(k) + km1d(k+1) )
[75]464                IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1]465                   pt_0 = pt_init(k)
466                   flux =  ( pt_init(k+1)-pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
467                ELSE
[1353]468                   pt_0 = pt_init(k) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(k) )
469                   flux = ( ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) +                  &
[2337]470                            0.61_wp * ( pt_init(k+1) * q_init(k+1) -           &
471                                        pt_init(k-1) * q_init(k-1)   )         &
472                          ) * dd2zu(k)
[1]473                ENDIF
474
[2696]475!
476!--             Calculate dissipation rate if no prognostic equation is used for
477!--             dissipation rate
[1]478                IF ( dissipation_1d == 'detering' )  THEN
[2696]479                   diss1d(k) = c_m**3 * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
[1]480                ELSEIF ( dissipation_1d == 'as_in_3d_model' )  THEN
[2918]481                   diss1d(k) = ( 0.19_wp + 0.74_wp * l1d_diss(k) / l1d_init(k) &
[2696]482                               ) * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
[1]483                ENDIF
[2696]484!
485!--             TKE
[1]486                te_e(k) = km1d(k) * ( ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2&
487                                    + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2&
488                                    )                                          &
489                                    - g / pt_0 * kh1d(k) * flux                &
490                                    +            (                             &
[1001]491                                     kmzp * ( e1d(k+1) - e1d(k) ) * ddzu(k+1)  &
492                                   - kmzm * ( e1d(k) - e1d(k-1) ) * ddzu(k)    &
[1]493                                                 ) * ddzw(k)                   &
[2696]494                                   - diss1d(k)
495
496                IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
497!
498!--                dissipation rate
499                   te_diss(k) = km1d(k) *                                      &
500                                  ( ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2  &
501                                  + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2  &
502                                  ) * c_1 * c_mu**0.75 / c_h * f / us1d        &
503                                    * SQRT(e1d(k))                             &
504                                  - g / pt_0 * kh1d(k) * flux * c_3            &
505                                    * diss1d(k) / ( e1d(k) + 1.0E-20_wp )      &
506                                  + ( kmzp * ( diss1d(k+1) - diss1d(k) )       &
507                                           * ddzu(k+1)                         &
508                                    - kmzm * ( diss1d(k) - diss1d(k-1) )       &
509                                           * ddzu(k)                           &
510                                    ) * ddzw(k) / sig_diss                     &
511                                  - c_2 * diss1d(k)**2 / ( e1d(k) + 1.0E-20_wp )
512
513                ENDIF
514
[1]515             ENDDO
516          ENDIF
517
518!
[2696]519!--       Tendency terms at the top of the constant-flux layer.
[1]520!--       Finite differences of the momentum fluxes are computed using half the
521!--       normal grid length (2.0*ddzw(k)) for the sake of enhanced accuracy
[1691]522          IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1]523
524             k = nzb+1
[1353]525             kmzm = 0.5_wp * ( km1d(k-1) + km1d(k) )
526             kmzp = 0.5_wp * ( km1d(k) + km1d(k+1) )
[75]527             IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1]528                pt_0 = pt_init(k)
529                flux =  ( pt_init(k+1)-pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
530             ELSE
[1353]531                pt_0 = pt_init(k) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(k) )
532                flux = ( ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) +                     &
[2337]533                         0.61_wp * ( pt_init(k+1) * q_init(k+1) -              &
534                                     pt_init(k-1) * q_init(k-1)   )            &
[1]535                       ) * dd2zu(k)
536             ENDIF
537
[2696]538!
539!--          Calculate dissipation rate if no prognostic equation is used for
540!--          dissipation rate
[1]541             IF ( dissipation_1d == 'detering' )  THEN
[2696]542                diss1d(k) = c_m**3 * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
[1]543             ELSEIF ( dissipation_1d == 'as_in_3d_model' )  THEN
[2918]544                diss1d(k) = ( 0.19_wp + 0.74_wp * l1d_diss(k) / l1d_init(k) )  &
[2696]545                            * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
[1]546             ENDIF
547
548!
549!--          u-component
[1001]550             te_u(k) = f * ( v1d(k) - vg(k) ) + (                              &
551                       kmzp * ( u1d(k+1) - u1d(k) ) * ddzu(k+1) + usws1d       &
[1353]552                                                ) * 2.0_wp * ddzw(k)
[1]553!
554!--          v-component
[1001]555             te_v(k) = -f * ( u1d(k) - ug(k) ) + (                             &
556                       kmzp * ( v1d(k+1) - v1d(k) ) * ddzu(k+1) + vsws1d       &
[1353]557                                                 ) * 2.0_wp * ddzw(k)
[1]558!
559!--          TKE
[2696]560             IF ( .NOT. dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
561                te_e(k) = km1d(k) * ( ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2&
562                                    + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2&
563                                    )                                          &
564                                    - g / pt_0 * kh1d(k) * flux                &
565                                    +           (                              &
566                                     kmzp * ( e1d(k+1) - e1d(k) ) * ddzu(k+1)  &
567                                   - kmzm * ( e1d(k) - e1d(k-1) ) * ddzu(k)    &
568                                                 ) * ddzw(k)                   &
569                                   - diss1d(k)
570             ENDIF
571
[1]572          ENDIF
573
574!
575!--       Prognostic equations for all 1D variables
576          DO  k = nzb+1, nzt
577
[1001]578             u1d_p(k) = u1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_u(k) + &
579                                           tsc(3) * te_um(k) )
580             v1d_p(k) = v1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_v(k) + &
581                                           tsc(3) * te_vm(k) )
[1]582
583          ENDDO
584          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
[2696]585
[1]586             DO  k = nzb+1, nzt
[1001]587                e1d_p(k) = e1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_e(k) + &
588                                              tsc(3) * te_em(k) )
[2696]589             ENDDO
[1]590
[2696]591             IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
592                DO  k = nzb_diff, nzt
593                   diss1d_p(k) = diss1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_diss(k) + &
594                                                 tsc(3) * te_dissm(k) )
595                ENDDO
596             ENDIF
[1]597!
598!--          Eliminate negative TKE values, which can result from the
599!--          integration due to numerical inaccuracies. In such cases the TKE
600!--          value is reduced to 10 percent of its old value.
[1353]601             WHERE ( e1d_p < 0.0_wp )  e1d_p = 0.1_wp * e1d
[1]602          ENDIF
603
604!
605!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
606          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) THEN
607             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
608
609                DO  k = nzb+1, nzt
610                   te_um(k) = te_u(k)
611                   te_vm(k) = te_v(k)
612                ENDDO
613
614                IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
615                   DO k = nzb+1, nzt
616                      te_em(k) = te_e(k)
617                   ENDDO
[2696]618                   IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
619                      DO k = nzb+1, nzt
620                         te_dissm(k) = te_diss(k)
621                      ENDDO
622                   ENDIF
[1]623                ENDIF
624
625             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
626                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
627
628                DO  k = nzb+1, nzt
[1353]629                   te_um(k) = -9.5625_wp * te_u(k) + 5.3125_wp * te_um(k)
630                   te_vm(k) = -9.5625_wp * te_v(k) + 5.3125_wp * te_vm(k)
[1]631                ENDDO
632
633                IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
634                   DO k = nzb+1, nzt
[1353]635                      te_em(k) = -9.5625_wp * te_e(k) + 5.3125_wp * te_em(k)
[1]636                   ENDDO
[2696]637                   IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
638                      DO k = nzb+1, nzt
639                         te_dissm(k) = -9.5625_wp * te_diss(k) + 5.3125_wp * te_dissm(k)
640                      ENDDO
641                   ENDIF
[1]642                ENDIF
643
644             ENDIF
645          ENDIF
646
647
648!
649!--       Boundary conditions for the prognostic variables.
[2696]650!--       At the top boundary (nzt+1) u, v, e, and diss keep their initial
651!--       values (ug(nzt+1), vg(nzt+1), 0, 0).
[2334]652!--       At the bottom boundary, Dirichlet condition is used for u and v (0)
[2696]653!--       and Neumann condition for e and diss (e(nzb)=e(nzb+1)).
[1353]654          u1d_p(nzb) = 0.0_wp
655          v1d_p(nzb) = 0.0_wp
[667]656
[1]657!
658!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
659          u1d  = u1d_p
660          v1d  = v1d_p
661          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
662             e1d  = e1d_p
[2696]663             IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
664                diss1d = diss1d_p
665             ENDIF
[1]666          ENDIF
667
668!
669!--       Compute diffusion quantities
670          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
671
672!
[2696]673!--          First compute the vertical fluxes in the constant-flux layer
[1691]674             IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1]675!
676!--             Compute theta* using Rif numbers of the previous time step
[2334]677                IF ( rif1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
[1]678!
679!--                Stable stratification
[1353]680                   ts1d = kappa * ( pt_init(nzb+1) - pt_init(nzb) ) /          &
681                          ( LOG( zu(nzb+1) / z0h1d ) + 5.0_wp * rif1d(nzb+1) * &
682                                          ( zu(nzb+1) - z0h1d ) / zu(nzb+1)    &
[1]683                          )
684                ELSE
685!
686!--                Unstable stratification
[1353]687                   a = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) )
688                   b = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) /                 &
689                       zu(nzb+1) * z0h1d )
[2337]690
691                   ts1d = kappa * ( pt_init(nzb+1) - pt_init(nzb) ) /          &
692                          LOG( (a-1.0_wp) / (a+1.0_wp) *                       &
693                               (b+1.0_wp) / (b-1.0_wp) )
[1]694                ENDIF
695
[1691]696             ENDIF    ! constant_flux_layer
[1]697
698!
699!--          Compute the Richardson-flux numbers,
[2696]700!--          first at the top of the constant-flux layer using u* of the
701!--          previous time step (+1E-30, if u* = 0), then in the remaining area.
702!--          There the rif-numbers of the previous time step are used.
[1]703
[1691]704             IF ( constant_flux_layer )  THEN
[75]705                IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1]706                   pt_0 = pt_init(nzb+1)
707                   flux = ts1d
708                ELSE
[1353]709                   pt_0 = pt_init(nzb+1) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(nzb+1) )
710                   flux = ts1d + 0.61_wp * pt_init(k) * qs1d
[1]711                ENDIF
712                rif1d(nzb+1) = zu(nzb+1) * kappa * g * flux / &
[1353]713                               ( pt_0 * ( us1d**2 + 1E-30_wp ) )
[1]714             ENDIF
715
716             DO  k = nzb_diff, nzt
[75]717                IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1]718                   pt_0 = pt_init(k)
719                   flux = ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
720                ELSE
[1353]721                   pt_0 = pt_init(k) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(k) )
[1]722                   flux = ( ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) )                    &
[2337]723                            + 0.61_wp                                          &
724                            * (   pt_init(k+1) * q_init(k+1)                   &
725                                - pt_init(k-1) * q_init(k-1) )                 &
[1]726                          ) * dd2zu(k)
727                ENDIF
[1353]728                IF ( rif1d(k) >= 0.0_wp )  THEN
729                   rif1d(k) = g / pt_0 * flux /                                &
730                              (  ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2     &
731                               + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2     &
732                               + 1E-30_wp                                      &
[1]733                              )
734                ELSE
[1353]735                   rif1d(k) = g / pt_0 * flux /                                &
736                              (  ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2     &
737                               + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2     &
738                               + 1E-30_wp                                      &
739                              ) * ( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(k) )**0.25_wp
[1]740                ENDIF
741             ENDDO
742!
743!--          Richardson-numbers must remain restricted to a realistic value
744!--          range. It is exceeded excessively for very small velocities
745!--          (u,v --> 0).
[2059]746             WHERE ( rif1d < -5.0_wp )  rif1d = -5.0_wp
747             WHERE ( rif1d > 1.0_wp )  rif1d = 1.0_wp
[1]748
749!
750!--          Compute u* from the absolute velocity value
[1691]751             IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1]752                uv_total = SQRT( u1d(nzb+1)**2 + v1d(nzb+1)**2 )
753
[1353]754                IF ( rif1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
[1]755!
756!--                Stable stratification
757                   us1d = kappa * uv_total / (                                 &
[1353]758                             LOG( zu(nzb+1) / z01d ) + 5.0_wp * rif1d(nzb+1) * &
[1]759                                              ( zu(nzb+1) - z01d ) / zu(nzb+1) &
760                                             )
761                ELSE
762!
763!--                Unstable stratification
[1353]764                   a = 1.0_wp / SQRT( SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) ) )
765                   b = 1.0_wp / SQRT( SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) /  &
766                                                     zu(nzb+1) * z01d ) )
[2337]767                   us1d = kappa * uv_total / (                                 &
768                              LOG( (1.0_wp+b) / (1.0_wp-b) * (1.0_wp-a) /      &
769                                   (1.0_wp+a) ) +                              &
770                              2.0_wp * ( ATAN( b ) - ATAN( a ) )               &
771                                             )
[1]772                ENDIF
773
774!
775!--             Compute the momentum fluxes for the diffusion terms
776                usws1d  = - u1d(nzb+1) / uv_total * us1d**2
777                vsws1d  = - v1d(nzb+1) / uv_total * us1d**2
778
779!
[2696]780!--             Boundary condition for the turbulent kinetic energy and
781!--             dissipation rate at the top of the constant-flux layer.
[1]782!--             Additional Neumann condition de/dz = 0 at nzb is set to ensure
783!--             compatibility with the 3D model.
784                IF ( ibc_e_b == 2 )  THEN
[2334]785                   e1d(nzb+1) = ( us1d / c_m )**2
[1]786                ENDIF
[2696]787                IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
788                   e1d(nzb+1) = us1d**2 / SQRT( c_mu )
789                   diss1d(nzb+1) = us1d**3 / ( kappa * zu(nzb+1) )
790                   diss1d(nzb) = diss1d(nzb+1)
791                ENDIF
[1]792                e1d(nzb) = e1d(nzb+1)
793
[1960]794                IF ( humidity ) THEN
[1]795!
796!--                Compute q*
[2334]797                   IF ( rif1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
[1]798!
[1960]799!--                   Stable stratification
800                      qs1d = kappa * ( q_init(nzb+1) - q_init(nzb) ) /         &
[1353]801                          ( LOG( zu(nzb+1) / z0h1d ) + 5.0_wp * rif1d(nzb+1) * &
802                                          ( zu(nzb+1) - z0h1d ) / zu(nzb+1)    &
[1]803                          )
[1960]804                   ELSE
[1]805!
[1960]806!--                   Unstable stratification
807                      a = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) )
808                      b = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) /              &
809                                         zu(nzb+1) * z0h1d )
[2337]810                      qs1d = kappa * ( q_init(nzb+1) - q_init(nzb) ) /         &
811                             LOG( (a-1.0_wp) / (a+1.0_wp) *                    &
812                                  (b+1.0_wp) / (b-1.0_wp) )
813                   ENDIF
[1]814                ELSE
[1353]815                   qs1d = 0.0_wp
[2337]816                ENDIF
[1]817
[1691]818             ENDIF   !  constant_flux_layer
[1]819
820!
[2337]821!--          Compute the diabatic mixing length. The unstable stratification
822!--          must not be considered for l1d (km1d) as it is already considered
823!--          in the dissipation of TKE via l1d_diss. Otherwise, km1d would be
824!--          too large.
[1]825             IF ( mixing_length_1d == 'blackadar' )  THEN
826                DO  k = nzb+1, nzt
[1353]827                   IF ( rif1d(k) >= 0.0_wp )  THEN
[2918]828                      l1d(k) = l1d_init(k) / ( 1.0_wp + 5.0_wp * rif1d(k) )
[2337]829                      l1d_diss(k) = l1d(k)
[1]830                   ELSE
[2918]831                      l1d(k) = l1d_init(k)
832                      l1d_diss(k) = l1d_init(k) *                              &
[2337]833                                    SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(k) )
[1]834                   ENDIF
835                ENDDO
836             ELSEIF ( mixing_length_1d == 'as_in_3d_model' )  THEN
837                DO  k = nzb+1, nzt
838                   dpt_dz = ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
[1353]839                   IF ( dpt_dz > 0.0_wp )  THEN
840                      l_stable = 0.76_wp * SQRT( e1d(k) ) /                    &
841                                     SQRT( g / pt_init(k) * dpt_dz ) + 1E-5_wp
[1]842                   ELSE
[2918]843                      l_stable = l1d_init(k)
[1]844                   ENDIF
[2918]845                   l1d(k) = MIN( l1d_init(k), l_stable )
[2337]846                   l1d_diss(k) = l1d(k)
[1]847                ENDDO
848             ENDIF
849
850!
851!--          Compute the diffusion coefficients for momentum via the
852!--          corresponding Prandtl-layer relationship and according to
[2337]853!--          Prandtl-Kolmogorov, respectively
[1691]854             IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1353]855                IF ( rif1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
856                   km1d(nzb+1) = us1d * kappa * zu(nzb+1) /                    &
857                                 ( 1.0_wp + 5.0_wp * rif1d(nzb+1) )
[1]858                ELSE
[1353]859                   km1d(nzb+1) = us1d * kappa * zu(nzb+1) *                    &
860                                 ( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) )**0.25_wp
[1]861                ENDIF
862             ENDIF
[2696]863             IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
864                DO  k = nzb_diff, nzt
865                   km1d(k) = c_mu * e1d(k)**2 / ( diss1d(k) + 1.0E-30_wp )
866                ENDDO
867             ELSE
868                DO  k = nzb_diff, nzt
869                   km1d(k) = c_m * SQRT( e1d(k) ) * l1d(k)
870                ENDDO
871             ENDIF
[1]872
873!
874!--          Add damping layer
875             DO  k = damp_level_ind_1d+1, nzt+1
[1353]876                km1d(k) = 1.1_wp * km1d(k-1)
[1346]877                km1d(k) = MIN( km1d(k), 10.0_wp )
[1]878             ENDDO
879
880!
881!--          Compute the diffusion coefficient for heat via the relationship
882!--          kh = phim / phih * km
883             DO  k = nzb+1, nzt
[1353]884                IF ( rif1d(k) >= 0.0_wp )  THEN
[1]885                   kh1d(k) = km1d(k)
886                ELSE
[1353]887                   kh1d(k) = km1d(k) * ( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(k) )**0.25_wp
[1]888                ENDIF
889             ENDDO
890
891          ENDIF   ! .NOT. constant_diffusion
892
893       ENDDO   ! intermediate step loop
894
895!
896!--    Increment simulated time and output times
897       current_timestep_number_1d = current_timestep_number_1d + 1
898       simulated_time_1d          = simulated_time_1d + dt_1d
899       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time_1d )
900       time_pr_1d                 = time_pr_1d          + dt_1d
901       time_run_control_1d        = time_run_control_1d + dt_1d
902
903!
904!--    Determine and print out quantities for run control
905       IF ( time_run_control_1d >= dt_run_control_1d )  THEN
906          CALL run_control_1d
907          time_run_control_1d = time_run_control_1d - dt_run_control_1d
908       ENDIF
909
910!
911!--    Profile output on file
912       IF ( time_pr_1d >= dt_pr_1d )  THEN
913          CALL print_1d_model
914          time_pr_1d = time_pr_1d - dt_pr_1d
915       ENDIF
916
917!
918!--    Determine size of next time step
919       CALL timestep_1d
920
921    ENDDO   ! time loop
922
923
924 END SUBROUTINE time_integration_1d
925
926
927!------------------------------------------------------------------------------!
928! Description:
929! ------------
[1682]930!> Compute and print out quantities for run control of the 1D model.
[1]931!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]932 
933 SUBROUTINE run_control_1d
[1]934
[1682]935
[1320]936    USE constants,                                                             &
937        ONLY:  pi
[1]938
939    IMPLICIT NONE
940
[2338]941    INTEGER(iwp) ::  k     !< loop index
[1320]942   
[2338]943    REAL(wp) ::  alpha     !< angle of wind vector at top of constant-flux layer
944    REAL(wp) ::  energy    !< kinetic energy
945    REAL(wp) ::  umax      !< maximum of u
946    REAL(wp) ::  uv_total  !< horizontal wind speed
947    REAL(wp) ::  vmax      !< maximum of v
[1]948
949!
950!-- Output
951    IF ( myid == 0 )  THEN
952!
953!--    If necessary, write header
954       IF ( .NOT. run_control_header_1d )  THEN
[184]955          CALL check_open( 15 )
[1]956          WRITE ( 15, 100 )
957          run_control_header_1d = .TRUE.
958       ENDIF
959
960!
961!--    Compute control quantities
962!--    grid level nzp is excluded due to mirror boundary condition
[1353]963       umax = 0.0_wp; vmax = 0.0_wp; energy = 0.0_wp
[1]964       DO  k = nzb+1, nzt+1
965          umax = MAX( ABS( umax ), ABS( u1d(k) ) )
966          vmax = MAX( ABS( vmax ), ABS( v1d(k) ) )
[1353]967          energy = energy + 0.5_wp * ( u1d(k)**2 + v1d(k)**2 )
[1]968       ENDDO
[1322]969       energy = energy / REAL( nzt - nzb + 1, KIND=wp )
[1]970
971       uv_total = SQRT( u1d(nzb+1)**2 + v1d(nzb+1)**2 )
[1691]972       IF ( ABS( v1d(nzb+1) ) < 1.0E-5_wp )  THEN
[1346]973          alpha = ACOS( SIGN( 1.0_wp , u1d(nzb+1) ) )
[1]974       ELSE
975          alpha = ACOS( u1d(nzb+1) / uv_total )
[1353]976          IF ( v1d(nzb+1) <= 0.0_wp )  alpha = 2.0_wp * pi - alpha
[1]977       ENDIF
[1353]978       alpha = alpha / ( 2.0_wp * pi ) * 360.0_wp
[1]979
980       WRITE ( 15, 101 )  current_timestep_number_1d, simulated_time_chr, &
981                          dt_1d, umax, vmax, us1d, alpha, energy
982!
983!--    Write buffer contents to disc immediately
[1808]984       FLUSH( 15 )
[1]985
986    ENDIF
987
988!
989!-- formats
[2299]990100 FORMAT (///'1D run control output:'/ &
[1]991              &'------------------------------'// &
[2965]992           &'ITER.   HH:MM:SS    DT      UMAX   VMAX    U*   ALPHA   ENERG.'/ &
[1]993           &'-------------------------------------------------------------')
[2965]994101 FORMAT (I7,1X,A9,1X,F6.2,2X,F6.2,1X,F6.2,1X,F6.3,2X,F5.1,2X,F7.2)
[1]995
996
997 END SUBROUTINE run_control_1d
998
999
1000
1001!------------------------------------------------------------------------------!
1002! Description:
1003! ------------
[1682]1004!> Compute the time step w.r.t. the diffusion criterion
[1]1005!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]1006 
1007 SUBROUTINE timestep_1d
[1]1008
1009    IMPLICIT NONE
1010
[2338]1011    INTEGER(iwp) ::  k    !< loop index
[1]1012
[2338]1013    REAL(wp) ::  dt_diff  !< time step accorind to diffusion criterion
1014    REAL(wp) ::  fac      !< factor of criterion
1015    REAL(wp) ::  value    !< auxiliary variable
[1]1016
1017!
1018!-- Compute the currently feasible time step according to the diffusion
1019!-- criterion. At nzb+1 the half grid length is used.
[2696]1020    fac = 0.125  !0.35_wp                                                       !### changed from 0.35
[1]1021    dt_diff = dt_max_1d
1022    DO  k = nzb+2, nzt
[1353]1023       value   = fac * dzu(k) * dzu(k) / ( km1d(k) + 1E-20_wp )
[1]1024       dt_diff = MIN( value, dt_diff )
1025    ENDDO
[1353]1026    value   = fac * zu(nzb+1) * zu(nzb+1) / ( km1d(nzb+1) + 1E-20_wp )
[1]1027    dt_1d = MIN( value, dt_diff )
1028
1029!
1030!-- Set flag when the time step becomes too small
[1353]1031    IF ( dt_1d < ( 0.00001_wp * dt_max_1d ) )  THEN
[1]1032       stop_dt_1d = .TRUE.
[254]1033
1034       WRITE( message_string, * ) 'timestep has exceeded the lower limit &', &
1035                                  'dt_1d = ',dt_1d,' s   simulation stopped!'
1036       CALL message( 'timestep_1d', 'PA0192', 1, 2, 0, 6, 0 )
1037       
[1]1038    ENDIF
1039
1040 END SUBROUTINE timestep_1d
1041
1042
1043
1044!------------------------------------------------------------------------------!
1045! Description:
1046! ------------
[1682]1047!> List output of profiles from the 1D-model
[1]1048!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]1049 
1050 SUBROUTINE print_1d_model
[1]1051
1052    IMPLICIT NONE
1053
[2338]1054    INTEGER(iwp) ::  k  !< loop parameter
[1]1055
[2338]1056    LOGICAL, SAVE :: write_first = .TRUE. !< flag for writing header
[1]1057
1058
1059    IF ( myid == 0 )  THEN
1060!
1061!--    Open list output file for profiles from the 1D-model
1062       CALL check_open( 17 )
1063
1064!
1065!--    Write Header
[2338]1066       IF ( write_first )  THEN
1067          WRITE ( 17, 100 )  TRIM( run_description_header )
1068          write_first = .FALSE.
1069       ENDIF
[1]1070
1071!
1072!--    Write the values
[2338]1073       WRITE ( 17, 104 )  TRIM( simulated_time_chr )
1074       WRITE ( 17, 101 )
[1]1075       WRITE ( 17, 102 )
1076       WRITE ( 17, 101 )
1077       DO  k = nzt+1, nzb, -1
1078          WRITE ( 17, 103)  k, zu(k), u1d(k), v1d(k), pt_init(k), e1d(k), &
[2696]1079                            rif1d(k), km1d(k), kh1d(k), l1d(k), diss1d(k)
[1]1080       ENDDO
1081       WRITE ( 17, 101 )
1082       WRITE ( 17, 102 )
1083       WRITE ( 17, 101 )
1084
1085!
1086!--    Write buffer contents to disc immediately
[1808]1087       FLUSH( 17 )
[1]1088
1089    ENDIF
1090
1091!
1092!-- Formats
[2338]1093100 FORMAT ('# ',A/'#',10('-')/'# 1d-model profiles')
1094104 FORMAT (//'# Time: ',A)
[2696]1095101 FORMAT ('#',111('-'))
1096102 FORMAT ('#  k     zu      u          v          pt         e          ',   &
1097            'rif        Km         Kh         l          diss   ')
1098103 FORMAT (1X,I4,1X,F7.1,9(1X,E10.3))
[1]1099
1100
1101 END SUBROUTINE print_1d_model
[2338]1102
1103
1104 END MODULE
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.