source: palm/trunk/SOURCE/model_1d_mod.f90 @ 3083

Last change on this file since 3083 was 3083, checked in by gronemeier, 3 years ago

merge with branch rans

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 44.6 KB
Line 
1!> @file model_1d_mod.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
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.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2018 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: model_1d_mod.f90 3083 2018-06-19 14:03:12Z gronemeier $
27! Bugfixes:
28!   - preset te_diss and te_e to avoid runtime errors
29!   - implementation of buoyancy term to dissipation
30!     according to Sogachev et al. (2012)
31!   - where diss_p < 0 set diss_p = 0.1 diss
32!   - calculate progn eq(diss) starting from nzb+1
33! Changes:
34!   - add sig_e to TKE equation
35!   - adjust prognostic equation of diss
36!   - set model constants according to Koblitz (2013)
37!   - renamed c_m to c_0
38!   - rename l_black into l1d_init
39!   - calculate l_grid within init_1d_model and save it as l1d_init
40!   - calculate l1d according to DE85 if dissipation is a prognostic value
41!   - made annotations doxygen-readable
42!
43! 3049 2018-05-29 13:52:36Z Giersch
44! Error messages revised
45!
46! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
47! Error message revised
48!
49! 2965 2018-04-13 07:37:25Z scharf
50! adjusted format string for 1D run control output
51!
52! 2918 2018-03-21 15:52:14Z gronemeier
53! - rename l_black into l1d_init
54! - calculate l_grid within init_1d_model and save it as l1d_init
55!
56! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
57! Corrected "Former revisions" section
58!
59! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
60! Change in file header (GPL part)
61! implement TKE-e closure
62! modification of dissipation production according to Detering and Etling
63! reduced factor for timestep criterion to 0.125 and first dt to 1s (TG)
64!
65! 2339 2017-08-07 13:55:26Z gronemeier
66! corrected timestamp in header
67!
68! 2338 2017-08-07 12:15:38Z gronemeier
69! renamed init_1d_model to model_1d_mod and and formatted it as a module;
70! reformatted output of profiles
71!
72! 2337 2017-08-07 08:59:53Z gronemeier
73! revised calculation of mixing length
74! removed rounding of time step
75! corrected calculation of virtual potential temperature
76!
77! 2334 2017-08-04 11:57:04Z gronemeier
78! set c_m = 0.4 according to Detering and Etling (1985)
79!
80! 2299 2017-06-29 10:14:38Z maronga
81! Removed german text
82!
83! 2101 2017-01-05 16:42:31Z suehring
84!
85! 2059 2016-11-10 14:20:40Z maronga
86! Corrected min/max values of Rif.
87!
88! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
89! Forced header and separation lines into 80 columns
90!
91! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
92! Remove passive_scalar from IF-statements, as 1D-scalar profile is effectively
93! not used.
94! Formatting adjustment
95!
96! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
97! routine local_flush replaced by FORTRAN statement
98!
99! 1709 2015-11-04 14:47:01Z maronga
100! Set initial time step to 10 s to avoid instability of the 1d model for small
101! grid spacings
102!
103! 1697 2015-10-28 17:14:10Z raasch
104! small E- and F-FORMAT changes to avoid informative compiler messages about
105! insufficient field width
106!
107! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
108! Renamed prandtl_layer to constant_flux_layer. rif is replaced by ol and zeta.
109!
110! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
111! Code annotations made doxygen readable
112!
113! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
114! REAL constants provided with KIND-attribute
115!
116! 1346 2014-03-27 13:18:20Z heinze
117! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute especially in call of
118! intrinsic function like MAX, MIN, SIGN
119!
120! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
121! REAL functions provided with KIND-attribute
122!
123! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
124! ONLY-attribute added to USE-statements,
125! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
126! kinds are defined in new module kinds,
127! revision history before 2012 removed,
128! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
129! all variable declaration statements
130!
131! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
132! code put under GPL (PALM 3.9)
133!
134! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
135! adjustment of mixing length to the Prandtl mixing length at first grid point
136! above ground removed
137!
138! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
139! all actions concerning leapfrog scheme removed
140!
141! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
142! little reformatting
143!
144! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
145! roughness length for scalar quantities z0h1d added
146!
147! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:10  raasch
148! Initial revision
149!
150!
151! Description:
152! ------------
153!> 1D-model to initialize the 3D-arrays.
154!> The temperature profile is set as steady and a corresponding steady solution
155!> of the wind profile is being computed.
156!> All subroutines required can be found within this file.
157!>
158!> @todo harmonize code with new surface_layer_fluxes module
159!> @bug 1D model crashes when using small grid spacings in the order of 1 m
160!> @fixme option "as_in_3d_model" seems to be an inappropriate option because
161!>        the 1D model uses different turbulence closure approaches at least if
162!>        the 3D model is set to LES-mode.
163!------------------------------------------------------------------------------!
164 MODULE model_1d_mod
165
166    USE arrays_3d,                                                             &
167        ONLY:  dd2zu, ddzu, ddzw, dzu, dzw, pt_init, q_init, ug, u_init,       &
168               vg, v_init, zu
169   
170    USE control_parameters,                                                    &
171        ONLY:  constant_diffusion, constant_flux_layer, dissipation_1d, f, g,  &
172               humidity, ibc_e_b, intermediate_timestep_count,                 &
173               intermediate_timestep_count_max, kappa, km_constant,            &
174               message_string, mixing_length_1d, prandtl_number,               &
175               roughness_length, run_description_header, simulated_time_chr,   &
176               timestep_scheme, tsc, z0h_factor
177
178    USE indices,                                                               &
179        ONLY:  nzb, nzb_diff, nzt
180   
181    USE kinds
182
183    USE pegrid,                                                                &
184        ONLY:  myid
185       
186
187    IMPLICIT NONE
188
189    INTEGER(iwp) ::  current_timestep_number_1d = 0  !< current timestep number (1d-model)
190    INTEGER(iwp) ::  damp_level_ind_1d               !< lower grid index of damping layer (1d-model)
191
192    LOGICAL ::  run_control_header_1d = .FALSE.  !< flag for output of run control header (1d-model)
193    LOGICAL ::  stop_dt_1d = .FALSE.             !< termination flag, used in case of too small timestep (1d-model)
194
195    REAL(wp) ::  alpha_buoyancy                !< model constant according to Koblitz (2013)
196    REAL(wp) ::  c_0 = 0.03_wp**0.25_wp        !< model constant according to Koblitz (2013)
197    REAL(wp) ::  c_1 = 1.52_wp                 !< model constant according to Koblitz (2013)
198    REAL(wp) ::  c_2 = 1.83_wp                 !< model constant according to Koblitz (2013)
199    REAL(wp) ::  c_3                           !< model constant
200    REAL(wp) ::  c_mu                          !< model constant
201    REAL(wp) ::  damp_level_1d = -1.0_wp       !< namelist parameter
202    REAL(wp) ::  dt_1d = 60.0_wp               !< dynamic timestep (1d-model)
203    REAL(wp) ::  dt_max_1d = 300.0_wp          !< timestep limit (1d-model)
204    REAL(wp) ::  dt_pr_1d = 9999999.9_wp       !< namelist parameter
205    REAL(wp) ::  dt_run_control_1d = 60.0_wp   !< namelist parameter
206    REAL(wp) ::  end_time_1d = 864000.0_wp     !< namelist parameter
207    REAL(wp) ::  lambda                        !< maximum mixing length
208    REAL(wp) ::  qs1d                          !< characteristic humidity scale (1d-model)
209    REAL(wp) ::  simulated_time_1d = 0.0_wp    !< updated simulated time (1d-model)
210    REAL(wp) ::  sig_diss = 2.95_wp            !< model constant according to Koblitz (2013)
211    REAL(wp) ::  sig_e = 2.95_wp               !< model constant according to Koblitz (2013)
212    REAL(wp) ::  time_pr_1d = 0.0_wp           !< updated simulated time for profile output (1d-model)
213    REAL(wp) ::  time_run_control_1d = 0.0_wp  !< updated simulated time for run-control output (1d-model)
214    REAL(wp) ::  ts1d                          !< characteristic temperature scale (1d-model)
215    REAL(wp) ::  us1d                          !< friction velocity (1d-model)
216    REAL(wp) ::  usws1d                        !< u-component of the momentum flux (1d-model)
217    REAL(wp) ::  vsws1d                        !< v-component of the momentum flux (1d-model)
218    REAL(wp) ::  z01d                          !< roughness length for momentum (1d-model)
219    REAL(wp) ::  z0h1d                         !< roughness length for scalars (1d-model)
220
221    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  diss1d   !< tke dissipation rate (1d-model)
222    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  diss1d_p !< prognostic value of tke dissipation rate (1d-model)
223    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  e1d      !< tke (1d-model)
224    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  e1d_p    !< prognostic value of tke (1d-model)
225    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  kh1d     !< turbulent diffusion coefficient for heat (1d-model)
226    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  km1d     !< turbulent diffusion coefficient for momentum (1d-model)
227    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l1d      !< mixing length for turbulent diffusion coefficients (1d-model)
228    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l1d_init !< initial mixing length (1d-model)
229    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  l1d_diss !< mixing length for dissipation (1d-model)
230    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  rif1d    !< Richardson flux number (1d-model)
231    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_diss  !< tendency of diss (1d-model)
232    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_dissm !< weighted tendency of diss for previous sub-timestep (1d-model)
233    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_e     !< tendency of e (1d-model)
234    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_em    !< weighted tendency of e for previous sub-timestep (1d-model)
235    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_u     !< tendency of u (1d-model)
236    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_um    !< weighted tendency of u for previous sub-timestep (1d-model)
237    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_v     !< tendency of v (1d-model)
238    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  te_vm    !< weighted tendency of v for previous sub-timestep (1d-model)
239    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  u1d      !< u-velocity component (1d-model)
240    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  u1d_p    !< prognostic value of u-velocity component (1d-model)
241    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  v1d      !< v-velocity component (1d-model)
242    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  v1d_p    !< prognostic value of v-velocity component (1d-model)
243
244!
245!-- Initialize 1D model
246    INTERFACE init_1d_model
247       MODULE PROCEDURE init_1d_model
248    END INTERFACE init_1d_model
249
250!
251!-- Print profiles
252    INTERFACE print_1d_model
253       MODULE PROCEDURE print_1d_model
254    END INTERFACE print_1d_model
255
256!
257!-- Print run control information
258    INTERFACE run_control_1d
259       MODULE PROCEDURE run_control_1d
260    END INTERFACE run_control_1d
261
262!
263!-- Main procedure
264    INTERFACE time_integration_1d
265       MODULE PROCEDURE time_integration_1d
266    END INTERFACE time_integration_1d
267
268!
269!-- Calculate time step
270    INTERFACE timestep_1d
271       MODULE PROCEDURE timestep_1d
272    END INTERFACE timestep_1d
273
274    SAVE
275
276    PRIVATE
277!
278!-- Public interfaces
279    PUBLIC  init_1d_model
280
281!
282!-- Public variables
283    PUBLIC  damp_level_1d, damp_level_ind_1d, diss1d, dt_pr_1d,                &
284            dt_run_control_1d, e1d, end_time_1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d,  &
285            us1d, usws1d, v1d, vsws1d
286
287
288    CONTAINS
289
290 SUBROUTINE init_1d_model
291 
292    USE grid_variables,                                                        &
293        ONLY:  dx, dy
294
295    IMPLICIT NONE
296
297    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string  !< function to transform time from real to character string
298
299    INTEGER(iwp) ::  k  !< loop index
300
301!
302!-- Allocate required 1D-arrays
303    ALLOCATE( diss1d(nzb:nzt+1), diss1d_p(nzb:nzt+1),                          &
304              e1d(nzb:nzt+1), e1d_p(nzb:nzt+1), kh1d(nzb:nzt+1),               &
305              km1d(nzb:nzt+1), l1d(nzb:nzt+1), l1d_init(nzb:nzt+1),            &
306              l1d_diss(nzb:nzt+1), rif1d(nzb:nzt+1), te_diss(nzb:nzt+1),       &
307              te_dissm(nzb:nzt+1), te_e(nzb:nzt+1),                            &
308              te_em(nzb:nzt+1), te_u(nzb:nzt+1), te_um(nzb:nzt+1),             &
309              te_v(nzb:nzt+1), te_vm(nzb:nzt+1), u1d(nzb:nzt+1),               &
310              u1d_p(nzb:nzt+1),  v1d(nzb:nzt+1), v1d_p(nzb:nzt+1) )
311
312!
313!-- Initialize arrays
314    IF ( constant_diffusion )  THEN
315       km1d = km_constant
316       kh1d = km_constant / prandtl_number
317    ELSE
318       diss1d = 0.0_wp; diss1d_p = 0.0_wp
319       e1d = 0.0_wp; e1d_p = 0.0_wp
320       kh1d = 0.0_wp; km1d = 0.0_wp
321       rif1d = 0.0_wp
322!
323!--    Compute the mixing length
324       l1d_init(nzb) = 0.0_wp
325
326       IF ( TRIM( mixing_length_1d ) == 'blackadar' )  THEN
327!
328!--       Blackadar mixing length
329          IF ( f /= 0.0_wp )  THEN
330             lambda = 2.7E-4_wp * SQRT( ug(nzt+1)**2 + vg(nzt+1)**2 ) /        &
331                               ABS( f ) + 1E-10_wp
332          ELSE
333             lambda = 30.0_wp
334          ENDIF
335
336          DO  k = nzb+1, nzt+1
337             l1d_init(k) = kappa * zu(k) / ( 1.0_wp + kappa * zu(k) / lambda )
338          ENDDO
339
340       ELSEIF ( TRIM( mixing_length_1d ) == 'as_in_3d_model' )  THEN
341!
342!--       Use the same mixing length as in 3D model (LES-mode)
343          !> @todo rename (delete?) this option
344          !>  As the mixing length is different between RANS and LES mode, it
345          !>  must be distinguished here between these modes. For RANS mode,
346          !>  the mixing length is calculated accoding to Blackadar, which is
347          !>  the other option at this point.
348          !>  Maybe delete this option entirely (not appropriate in LES case)
349          !>  2018-03-20, gronemeier
350          DO  k = nzb+1, nzt
351             l1d_init(k)  = ( dx * dy * dzw(k) )**0.33333333333333_wp
352          ENDDO
353          l1d_init(nzt+1) = l1d_init(nzt)
354
355       ENDIF
356    ENDIF
357    l1d      = l1d_init
358    l1d_diss = l1d_init
359    u1d      = u_init
360    u1d_p    = u_init
361    v1d      = v_init
362    v1d_p    = v_init
363
364!
365!-- Set initial horizontal velocities at the lowest grid levels to a very small
366!-- value in order to avoid too small time steps caused by the diffusion limit
367!-- in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs in the limiting formula!)
368    u1d(0:1)   = 0.1_wp
369    u1d_p(0:1) = 0.1_wp
370    v1d(0:1)   = 0.1_wp
371    v1d_p(0:1) = 0.1_wp
372
373!
374!-- For u*, theta* and the momentum fluxes plausible values are set
375    IF ( constant_flux_layer )  THEN
376       us1d = 0.1_wp   ! without initial friction the flow would not change
377    ELSE
378       diss1d(nzb+1) = 0.001_wp
379       e1d(nzb+1)  = 1.0_wp
380       km1d(nzb+1) = 1.0_wp
381       us1d = 0.0_wp
382    ENDIF
383    ts1d = 0.0_wp
384    usws1d = 0.0_wp
385    vsws1d = 0.0_wp
386    z01d  = roughness_length
387    z0h1d = z0h_factor * z01d
388    IF ( humidity )  qs1d = 0.0_wp
389
390!
391!-- Tendencies must be preset in order to avoid runtime errors
392    te_diss  = 0.0_wp
393    te_dissm = 0.0_wp
394    te_e  = 0.0_wp
395    te_em = 0.0_wp
396    te_um = 0.0_wp
397    te_vm = 0.0_wp
398
399!
400!-- Set model constant
401    IF ( dissipation_1d == 'as_in_3d_model' )  c_0 = 0.1_wp
402    c_mu = c_0**4
403
404!
405!-- Set start time in hh:mm:ss - format
406    simulated_time_chr = time_to_string( simulated_time_1d )
407
408!
409!-- Integrate the 1D-model equations using the Runge-Kutta scheme
410    CALL time_integration_1d
411
412
413 END SUBROUTINE init_1d_model
414
415
416
417!------------------------------------------------------------------------------!
418! Description:
419! ------------
420!> Runge-Kutta time differencing scheme for the 1D-model.
421!------------------------------------------------------------------------------!
422 
423 SUBROUTINE time_integration_1d
424
425    IMPLICIT NONE
426
427    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string  !< function to transform time from real to character string
428
429    INTEGER(iwp) ::  k  !< loop index
430
431    REAL(wp) ::  a            !< auxiliary variable
432    REAL(wp) ::  b            !< auxiliary variable
433    REAL(wp) ::  dpt_dz       !< vertical temperature gradient
434    REAL(wp) ::  flux         !< vertical temperature gradient
435    REAL(wp) ::  kmzm         !< Km(z-dz/2)
436    REAL(wp) ::  kmzp         !< Km(z+dz/2)
437    REAL(wp) ::  l_stable     !< mixing length for stable case
438    REAL(wp) ::  pt_0         !< reference temperature
439    REAL(wp) ::  uv_total     !< horizontal wind speed
440
441!
442!-- Determine the time step at the start of a 1D-simulation and
443!-- determine and printout quantities used for run control
444    dt_1d = 0.01_wp
445    CALL run_control_1d
446
447!
448!-- Start of time loop
449    DO  WHILE ( simulated_time_1d < end_time_1d  .AND.  .NOT. stop_dt_1d )
450
451!
452!--    Depending on the timestep scheme, carry out one or more intermediate
453!--    timesteps
454
455       intermediate_timestep_count = 0
456       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < &
457                   intermediate_timestep_count_max )
458
459          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
460
461          CALL timestep_scheme_steering
462
463!
464!--       Compute all tendency terms. If a constant-flux layer is simulated,
465!--       k starts at nzb+2.
466          DO  k = nzb_diff, nzt
467
468             kmzm = 0.5_wp * ( km1d(k-1) + km1d(k) )
469             kmzp = 0.5_wp * ( km1d(k) + km1d(k+1) )
470!
471!--          u-component
472             te_u(k) =  f * ( v1d(k) - vg(k) ) + ( &
473                              kmzp * ( u1d(k+1) - u1d(k) ) * ddzu(k+1) &
474                            - kmzm * ( u1d(k) - u1d(k-1) ) * ddzu(k)   &
475                                                 ) * ddzw(k)
476!
477!--          v-component
478             te_v(k) = -f * ( u1d(k) - ug(k) ) + (                     &
479                              kmzp * ( v1d(k+1) - v1d(k) ) * ddzu(k+1) &
480                            - kmzm * ( v1d(k) - v1d(k-1) ) * ddzu(k)   &
481                                                 ) * ddzw(k)
482          ENDDO
483          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
484             DO  k = nzb_diff, nzt
485!
486!--             TKE and dissipation rate
487                kmzm = 0.5_wp * ( km1d(k-1) + km1d(k) )
488                kmzp = 0.5_wp * ( km1d(k) + km1d(k+1) )
489                IF ( .NOT. humidity )  THEN
490                   pt_0 = pt_init(k)
491                   flux =  ( pt_init(k+1)-pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
492                ELSE
493                   pt_0 = pt_init(k) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(k) )
494                   flux = ( ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) +                  &
495                            0.61_wp * ( pt_init(k+1) * q_init(k+1) -           &
496                                        pt_init(k-1) * q_init(k-1)   )         &
497                          ) * dd2zu(k)
498                ENDIF
499
500!
501!--             Calculate dissipation rate if no prognostic equation is used for
502!--             dissipation rate
503                IF ( dissipation_1d == 'detering' )  THEN
504                   diss1d(k) = c_0**3 * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
505                ELSEIF ( dissipation_1d == 'as_in_3d_model' )  THEN
506                   diss1d(k) = ( 0.19_wp + 0.74_wp * l1d_diss(k) / l1d_init(k) &
507                               ) * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
508                ENDIF
509!
510!--             TKE
511                te_e(k) = km1d(k) * ( ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2&
512                                    + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2&
513                                    )                                          &
514                                    - g / pt_0 * kh1d(k) * flux                &
515                                    +            (                             &
516                                     kmzp * ( e1d(k+1) - e1d(k) ) * ddzu(k+1)  &
517                                   - kmzm * ( e1d(k) - e1d(k-1) ) * ddzu(k)    &
518                                                 ) * ddzw(k) / sig_e           &
519                                   - diss1d(k)
520
521                IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
522!
523!--                dissipation rate
524                   IF ( rif1d(k) >= 0.0_wp )  THEN
525                      alpha_buoyancy = 1.0_wp - l1d(k) / lambda
526                   ELSE
527                      alpha_buoyancy = 1.0_wp - ( 1.0_wp + ( c_2 - 1.0_wp )    &
528                                                         / ( c_2 - c_1    ) )  &
529                                              * l1d(k) / lambda
530                   ENDIF
531                   c_3 = ( c_1 - c_2 ) * alpha_buoyancy
532                   te_diss(k) = ( km1d(k) *                                    &
533                                  ( ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2  &
534                                  + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2  &
535                                  ) * ( c_1 + (c_2 - c_1) * l1d(k) / lambda )  &
536                                  - g / pt_0 * kh1d(k) * flux * c_3            &
537                                  - c_2 * diss1d(k)                            &
538                                ) * diss1d(k) / ( e1d(k) + 1.0E-20_wp )        &
539                                + (   kmzp * ( diss1d(k+1) - diss1d(k) )       &
540                                           * ddzu(k+1)                         &
541                                    - kmzm * ( diss1d(k) - diss1d(k-1) )       &
542                                           * ddzu(k)                           &
543                                  ) * ddzw(k) / sig_diss
544
545                ENDIF
546
547             ENDDO
548          ENDIF
549
550!
551!--       Tendency terms at the top of the constant-flux layer.
552!--       Finite differences of the momentum fluxes are computed using half the
553!--       normal grid length (2.0*ddzw(k)) for the sake of enhanced accuracy
554          IF ( constant_flux_layer )  THEN
555
556             k = nzb+1
557             kmzm = 0.5_wp * ( km1d(k-1) + km1d(k) )
558             kmzp = 0.5_wp * ( km1d(k) + km1d(k+1) )
559             IF ( .NOT. humidity )  THEN
560                pt_0 = pt_init(k)
561                flux =  ( pt_init(k+1)-pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
562             ELSE
563                pt_0 = pt_init(k) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(k) )
564                flux = ( ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) +                     &
565                         0.61_wp * ( pt_init(k+1) * q_init(k+1) -              &
566                                     pt_init(k-1) * q_init(k-1)   )            &
567                       ) * dd2zu(k)
568             ENDIF
569
570!
571!--          Calculate dissipation rate if no prognostic equation is used for
572!--          dissipation rate
573             IF ( dissipation_1d == 'detering' )  THEN
574                diss1d(k) = c_0**3 * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
575             ELSEIF ( dissipation_1d == 'as_in_3d_model' )  THEN
576                diss1d(k) = ( 0.19_wp + 0.74_wp * l1d_diss(k) / l1d_init(k) )  &
577                            * e1d(k) * SQRT( e1d(k) ) / l1d_diss(k)
578             ENDIF
579
580!
581!--          u-component
582             te_u(k) = f * ( v1d(k) - vg(k) ) + (                              &
583                       kmzp * ( u1d(k+1) - u1d(k) ) * ddzu(k+1) + usws1d       &
584                                                ) * 2.0_wp * ddzw(k)
585!
586!--          v-component
587             te_v(k) = -f * ( u1d(k) - ug(k) ) + (                             &
588                       kmzp * ( v1d(k+1) - v1d(k) ) * ddzu(k+1) + vsws1d       &
589                                                 ) * 2.0_wp * ddzw(k)
590!
591!--          TKE
592             IF ( .NOT. dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
593                !> @query why integrate over 2dz
594                !>   Why is it allowed to integrate over two delta-z for e
595                !>   while for u and v it is not?
596                !>   2018-04-23, gronemeier
597                te_e(k) = km1d(k) * ( ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2&
598                                    + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2&
599                                    )                                          &
600                                    - g / pt_0 * kh1d(k) * flux                &
601                                    +           (                              &
602                                     kmzp * ( e1d(k+1) - e1d(k) ) * ddzu(k+1)  &
603                                   - kmzm * ( e1d(k) - e1d(k-1) ) * ddzu(k)    &
604                                                 ) * ddzw(k) / sig_e           &
605                                   - diss1d(k)
606             ENDIF
607
608          ENDIF
609
610!
611!--       Prognostic equations for all 1D variables
612          DO  k = nzb+1, nzt
613
614             u1d_p(k) = u1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_u(k) + &
615                                           tsc(3) * te_um(k) )
616             v1d_p(k) = v1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_v(k) + &
617                                           tsc(3) * te_vm(k) )
618
619          ENDDO
620          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
621
622             DO  k = nzb+1, nzt
623                e1d_p(k) = e1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_e(k) + &
624                                              tsc(3) * te_em(k) )
625             ENDDO
626
627!
628!--          Eliminate negative TKE values, which can result from the
629!--          integration due to numerical inaccuracies. In such cases the TKE
630!--          value is reduced to 10 percent of its old value.
631             WHERE ( e1d_p < 0.0_wp )  e1d_p = 0.1_wp * e1d
632
633             IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
634                DO  k = nzb+1, nzt
635                   diss1d_p(k) = diss1d(k) + dt_1d * ( tsc(2) * te_diss(k) + &
636                                                       tsc(3) * te_dissm(k) )
637                ENDDO
638                WHERE ( diss1d_p < 0.0_wp )  diss1d_p = 0.1_wp * diss1d
639             ENDIF
640          ENDIF
641
642!
643!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
644          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) THEN
645             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
646
647                DO  k = nzb+1, nzt
648                   te_um(k) = te_u(k)
649                   te_vm(k) = te_v(k)
650                ENDDO
651
652                IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
653                   DO k = nzb+1, nzt
654                      te_em(k) = te_e(k)
655                   ENDDO
656                   IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
657                      DO k = nzb+1, nzt
658                         te_dissm(k) = te_diss(k)
659                      ENDDO
660                   ENDIF
661                ENDIF
662
663             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
664                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
665
666                DO  k = nzb+1, nzt
667                   te_um(k) = -9.5625_wp * te_u(k) + 5.3125_wp * te_um(k)
668                   te_vm(k) = -9.5625_wp * te_v(k) + 5.3125_wp * te_vm(k)
669                ENDDO
670
671                IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
672                   DO k = nzb+1, nzt
673                      te_em(k) = -9.5625_wp * te_e(k) + 5.3125_wp * te_em(k)
674                   ENDDO
675                   IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
676                      DO k = nzb+1, nzt
677                         te_dissm(k) = -9.5625_wp * te_diss(k)  &
678                                     +  5.3125_wp * te_dissm(k)
679                      ENDDO
680                   ENDIF
681                ENDIF
682
683             ENDIF
684          ENDIF
685
686!
687!--       Boundary conditions for the prognostic variables.
688!--       At the top boundary (nzt+1) u, v, e, and diss keep their initial
689!--       values (ug(nzt+1), vg(nzt+1), 0, 0).
690!--       At the bottom boundary, Dirichlet condition is used for u and v (0)
691!--       and Neumann condition for e and diss (e(nzb)=e(nzb+1)).
692          u1d_p(nzb) = 0.0_wp
693          v1d_p(nzb) = 0.0_wp
694
695!
696!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
697          u1d  = u1d_p
698          v1d  = v1d_p
699          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
700             e1d  = e1d_p
701             IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
702                diss1d = diss1d_p
703             ENDIF
704          ENDIF
705
706!
707!--       Compute diffusion quantities
708          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
709
710!
711!--          First compute the vertical fluxes in the constant-flux layer
712             IF ( constant_flux_layer )  THEN
713!
714!--             Compute theta* using Rif numbers of the previous time step
715                IF ( rif1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
716!
717!--                Stable stratification
718                   ts1d = kappa * ( pt_init(nzb+1) - pt_init(nzb) ) /          &
719                          ( LOG( zu(nzb+1) / z0h1d ) + 5.0_wp * rif1d(nzb+1) * &
720                                          ( zu(nzb+1) - z0h1d ) / zu(nzb+1)    &
721                          )
722                ELSE
723!
724!--                Unstable stratification
725                   a = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) )
726                   b = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) /                 &
727                       zu(nzb+1) * z0h1d )
728
729                   ts1d = kappa * ( pt_init(nzb+1) - pt_init(nzb) ) /          &
730                          LOG( (a-1.0_wp) / (a+1.0_wp) *                       &
731                               (b+1.0_wp) / (b-1.0_wp) )
732                ENDIF
733
734             ENDIF    ! constant_flux_layer
735             !> @todo combine if clauses
736             !>   The previous and following if clauses can be combined into a
737             !>   single clause
738             !>   2018-04-23, gronemeier
739!
740!--          Compute the Richardson-flux numbers,
741!--          first at the top of the constant-flux layer using u* of the
742!--          previous time step (+1E-30, if u* = 0), then in the remaining area.
743!--          There the rif-numbers of the previous time step are used.
744
745             IF ( constant_flux_layer )  THEN
746                IF ( .NOT. humidity )  THEN
747                   pt_0 = pt_init(nzb+1)
748                   flux = ts1d
749                ELSE
750                   pt_0 = pt_init(nzb+1) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(nzb+1) )
751                   flux = ts1d + 0.61_wp * pt_init(k) * qs1d
752                ENDIF
753                rif1d(nzb+1) = zu(nzb+1) * kappa * g * flux / &
754                               ( pt_0 * ( us1d**2 + 1E-30_wp ) )
755             ENDIF
756
757             DO  k = nzb_diff, nzt
758                IF ( .NOT. humidity )  THEN
759                   pt_0 = pt_init(k)
760                   flux = ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
761                ELSE
762                   pt_0 = pt_init(k) * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q_init(k) )
763                   flux = ( ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) )                    &
764                            + 0.61_wp                                          &
765                            * (   pt_init(k+1) * q_init(k+1)                   &
766                                - pt_init(k-1) * q_init(k-1) )                 &
767                          ) * dd2zu(k)
768                ENDIF
769                IF ( rif1d(k) >= 0.0_wp )  THEN
770                   rif1d(k) = g / pt_0 * flux /                                &
771                              (  ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2     &
772                               + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2     &
773                               + 1E-30_wp                                      &
774                              )
775                ELSE
776                   rif1d(k) = g / pt_0 * flux /                                &
777                              (  ( ( u1d(k+1) - u1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2     &
778                               + ( ( v1d(k+1) - v1d(k-1) ) * dd2zu(k) )**2     &
779                               + 1E-30_wp                                      &
780                              ) * ( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(k) )**0.25_wp
781                ENDIF
782             ENDDO
783!
784!--          Richardson-numbers must remain restricted to a realistic value
785!--          range. It is exceeded excessively for very small velocities
786!--          (u,v --> 0).
787             WHERE ( rif1d < -5.0_wp )  rif1d = -5.0_wp
788             WHERE ( rif1d > 1.0_wp )  rif1d = 1.0_wp
789
790!
791!--          Compute u* from the absolute velocity value
792             IF ( constant_flux_layer )  THEN
793                uv_total = SQRT( u1d(nzb+1)**2 + v1d(nzb+1)**2 )
794
795                IF ( rif1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
796!
797!--                Stable stratification
798                   us1d = kappa * uv_total / (                                 &
799                             LOG( zu(nzb+1) / z01d ) + 5.0_wp * rif1d(nzb+1) * &
800                                              ( zu(nzb+1) - z01d ) / zu(nzb+1) &
801                                             )
802                ELSE
803!
804!--                Unstable stratification
805                   a = 1.0_wp / SQRT( SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) ) )
806                   b = 1.0_wp / SQRT( SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) /  &
807                                                     zu(nzb+1) * z01d ) )
808                   us1d = kappa * uv_total / (                                 &
809                              LOG( (1.0_wp+b) / (1.0_wp-b) * (1.0_wp-a) /      &
810                                   (1.0_wp+a) ) +                              &
811                              2.0_wp * ( ATAN( b ) - ATAN( a ) )               &
812                                             )
813                ENDIF
814
815!
816!--             Compute the momentum fluxes for the diffusion terms
817                usws1d  = - u1d(nzb+1) / uv_total * us1d**2
818                vsws1d  = - v1d(nzb+1) / uv_total * us1d**2
819
820!
821!--             Boundary condition for the turbulent kinetic energy and
822!--             dissipation rate at the top of the constant-flux layer.
823!--             Additional Neumann condition de/dz = 0 at nzb is set to ensure
824!--             compatibility with the 3D model.
825                IF ( ibc_e_b == 2 )  THEN
826                   e1d(nzb+1) = ( us1d / c_0 )**2
827                ENDIF
828                IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
829                   e1d(nzb+1) = ( us1d / c_0 )**2
830                   diss1d(nzb+1) = us1d**3 / ( kappa * zu(nzb+1) )
831                   diss1d(nzb) = diss1d(nzb+1)
832                ENDIF
833                e1d(nzb) = e1d(nzb+1)
834
835                IF ( humidity ) THEN
836!
837!--                Compute q*
838                   IF ( rif1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
839!
840!--                   Stable stratification
841                      qs1d = kappa * ( q_init(nzb+1) - q_init(nzb) ) /         &
842                          ( LOG( zu(nzb+1) / z0h1d ) + 5.0_wp * rif1d(nzb+1) * &
843                                          ( zu(nzb+1) - z0h1d ) / zu(nzb+1)    &
844                          )
845                   ELSE
846!
847!--                   Unstable stratification
848                      a = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) )
849                      b = SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) /              &
850                                         zu(nzb+1) * z0h1d )
851                      qs1d = kappa * ( q_init(nzb+1) - q_init(nzb) ) /         &
852                             LOG( (a-1.0_wp) / (a+1.0_wp) *                    &
853                                  (b+1.0_wp) / (b-1.0_wp) )
854                   ENDIF
855                ELSE
856                   qs1d = 0.0_wp
857                ENDIF
858
859             ENDIF   !  constant_flux_layer
860
861!
862!--          Compute the diabatic mixing length. The unstable stratification
863!--          must not be considered for l1d (km1d) as it is already considered
864!--          in the dissipation of TKE via l1d_diss. Otherwise, km1d would be
865!--          too large.
866             IF ( dissipation_1d /= 'prognostic' )  THEN
867                IF ( mixing_length_1d == 'blackadar' )  THEN
868                   DO  k = nzb+1, nzt
869                      IF ( rif1d(k) >= 0.0_wp )  THEN
870                         l1d(k) = l1d_init(k) / ( 1.0_wp + 5.0_wp * rif1d(k) )
871                         l1d_diss(k) = l1d(k)
872                      ELSE
873                         l1d(k) = l1d_init(k)
874                         l1d_diss(k) = l1d_init(k) *                           &
875                                       SQRT( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(k) )
876                      ENDIF
877                   ENDDO
878                ELSEIF ( mixing_length_1d == 'as_in_3d_model' )  THEN
879                   DO  k = nzb+1, nzt
880                      dpt_dz = ( pt_init(k+1) - pt_init(k-1) ) * dd2zu(k)
881                      IF ( dpt_dz > 0.0_wp )  THEN
882                         l_stable = 0.76_wp * SQRT( e1d(k) )                   &
883                                  / SQRT( g / pt_init(k) * dpt_dz ) + 1E-5_wp
884                      ELSE
885                         l_stable = l1d_init(k)
886                      ENDIF
887                      l1d(k) = MIN( l1d_init(k), l_stable )
888                      l1d_diss(k) = l1d(k)
889                   ENDDO
890                ENDIF
891             ELSE
892                DO  k = nzb+1, nzt
893                   l1d(k) = c_0**3 * e1d(k) * SQRT( e1d(k) )                   &
894                          / ( diss1d(k) + 1.0E-30_wp )
895                ENDDO
896             ENDIF
897
898!
899!--          Compute the diffusion coefficients for momentum via the
900!--          corresponding Prandtl-layer relationship and according to
901!--          Prandtl-Kolmogorov, respectively
902             IF ( constant_flux_layer )  THEN
903                IF ( rif1d(nzb+1) >= 0.0_wp )  THEN
904                   km1d(nzb+1) = us1d * kappa * zu(nzb+1) /                    &
905                                 ( 1.0_wp + 5.0_wp * rif1d(nzb+1) )
906                ELSE
907                   km1d(nzb+1) = us1d * kappa * zu(nzb+1) *                    &
908                                 ( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(nzb+1) )**0.25_wp
909                ENDIF
910             ENDIF
911
912             IF ( dissipation_1d == 'prognostic' )  THEN
913                DO  k = nzb_diff, nzt
914                   km1d(k) = c_mu * e1d(k)**2 / ( diss1d(k) + 1.0E-30_wp )
915                ENDDO
916             ELSE
917                DO  k = nzb_diff, nzt
918                   km1d(k) = c_0 * SQRT( e1d(k) ) * l1d(k)
919                ENDDO
920             ENDIF
921
922!
923!--          Add damping layer
924             DO  k = damp_level_ind_1d+1, nzt+1
925                km1d(k) = 1.1_wp * km1d(k-1)
926                km1d(k) = MIN( km1d(k), 10.0_wp )
927             ENDDO
928
929!
930!--          Compute the diffusion coefficient for heat via the relationship
931!--          kh = phim / phih * km
932             DO  k = nzb+1, nzt
933                IF ( rif1d(k) >= 0.0_wp )  THEN
934                   kh1d(k) = km1d(k)
935                ELSE
936                   kh1d(k) = km1d(k) * ( 1.0_wp - 16.0_wp * rif1d(k) )**0.25_wp
937                ENDIF
938             ENDDO
939
940          ENDIF   ! .NOT. constant_diffusion
941
942       ENDDO   ! intermediate step loop
943
944!
945!--    Increment simulated time and output times
946       current_timestep_number_1d = current_timestep_number_1d + 1
947       simulated_time_1d          = simulated_time_1d + dt_1d
948       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time_1d )
949       time_pr_1d                 = time_pr_1d          + dt_1d
950       time_run_control_1d        = time_run_control_1d + dt_1d
951
952!
953!--    Determine and print out quantities for run control
954       IF ( time_run_control_1d >= dt_run_control_1d )  THEN
955          CALL run_control_1d
956          time_run_control_1d = time_run_control_1d - dt_run_control_1d
957       ENDIF
958
959!
960!--    Profile output on file
961       IF ( time_pr_1d >= dt_pr_1d )  THEN
962          CALL print_1d_model
963          time_pr_1d = time_pr_1d - dt_pr_1d
964       ENDIF
965
966!
967!--    Determine size of next time step
968       CALL timestep_1d
969
970    ENDDO   ! time loop
971
972
973 END SUBROUTINE time_integration_1d
974
975
976!------------------------------------------------------------------------------!
977! Description:
978! ------------
979!> Compute and print out quantities for run control of the 1D model.
980!------------------------------------------------------------------------------!
981 
982 SUBROUTINE run_control_1d
983
984
985    USE constants,                                                             &
986        ONLY:  pi
987
988    IMPLICIT NONE
989
990    INTEGER(iwp) ::  k     !< loop index
991   
992    REAL(wp) ::  alpha     !< angle of wind vector at top of constant-flux layer
993    REAL(wp) ::  energy    !< kinetic energy
994    REAL(wp) ::  umax      !< maximum of u
995    REAL(wp) ::  uv_total  !< horizontal wind speed
996    REAL(wp) ::  vmax      !< maximum of v
997
998!
999!-- Output
1000    IF ( myid == 0 )  THEN
1001!
1002!--    If necessary, write header
1003       IF ( .NOT. run_control_header_1d )  THEN
1004          CALL check_open( 15 )
1005          WRITE ( 15, 100 )
1006          run_control_header_1d = .TRUE.
1007       ENDIF
1008
1009!
1010!--    Compute control quantities
1011!--    grid level nzp is excluded due to mirror boundary condition
1012       umax = 0.0_wp; vmax = 0.0_wp; energy = 0.0_wp
1013       DO  k = nzb+1, nzt+1
1014          umax = MAX( ABS( umax ), ABS( u1d(k) ) )
1015          vmax = MAX( ABS( vmax ), ABS( v1d(k) ) )
1016          energy = energy + 0.5_wp * ( u1d(k)**2 + v1d(k)**2 )
1017       ENDDO
1018       energy = energy / REAL( nzt - nzb + 1, KIND=wp )
1019
1020       uv_total = SQRT( u1d(nzb+1)**2 + v1d(nzb+1)**2 )
1021       IF ( ABS( v1d(nzb+1) ) < 1.0E-5_wp )  THEN
1022          alpha = ACOS( SIGN( 1.0_wp , u1d(nzb+1) ) )
1023       ELSE
1024          alpha = ACOS( u1d(nzb+1) / uv_total )
1025          IF ( v1d(nzb+1) <= 0.0_wp )  alpha = 2.0_wp * pi - alpha
1026       ENDIF
1027       alpha = alpha / ( 2.0_wp * pi ) * 360.0_wp
1028
1029       WRITE ( 15, 101 )  current_timestep_number_1d, simulated_time_chr, &
1030                          dt_1d, umax, vmax, us1d, alpha, energy
1031!
1032!--    Write buffer contents to disc immediately
1033       FLUSH( 15 )
1034
1035    ENDIF
1036
1037!
1038!-- formats
1039100 FORMAT (///'1D run control output:'/ &
1040              &'------------------------------'// &
1041           &'ITER.   HH:MM:SS    DT      UMAX   VMAX    U*   ALPHA   ENERG.'/ &
1042           &'-------------------------------------------------------------')
1043101 FORMAT (I7,1X,A9,1X,F6.2,2X,F6.2,1X,F6.2,1X,F6.3,2X,F5.1,2X,F7.2)
1044
1045
1046 END SUBROUTINE run_control_1d
1047
1048
1049
1050!------------------------------------------------------------------------------!
1051! Description:
1052! ------------
1053!> Compute the time step w.r.t. the diffusion criterion
1054!------------------------------------------------------------------------------!
1055 
1056 SUBROUTINE timestep_1d
1057
1058    IMPLICIT NONE
1059
1060    INTEGER(iwp) ::  k    !< loop index
1061
1062    REAL(wp) ::  dt_diff  !< time step accorind to diffusion criterion
1063    REAL(wp) ::  dt_old   !< previous time step
1064    REAL(wp) ::  fac      !< factor of criterion
1065    REAL(wp) ::  value    !< auxiliary variable
1066
1067!
1068!-- Save previous time step
1069    dt_old = dt_1d
1070
1071!
1072!-- Compute the currently feasible time step according to the diffusion
1073!-- criterion. At nzb+1 the half grid length is used.
1074    fac = 0.125
1075    dt_diff = dt_max_1d
1076    DO  k = nzb+2, nzt
1077       value   = fac * dzu(k) * dzu(k) / ( km1d(k) + 1E-20_wp )
1078       dt_diff = MIN( value, dt_diff )
1079    ENDDO
1080    value   = fac * zu(nzb+1) * zu(nzb+1) / ( km1d(nzb+1) + 1E-20_wp )
1081    dt_1d = MIN( value, dt_diff )
1082
1083!
1084!-- Limit the new time step to a maximum of 10 times the previous time step
1085    dt_1d = MIN( dt_old * 10.0_wp, dt_1d )
1086
1087!
1088!-- Set flag when the time step becomes too small
1089    IF ( dt_1d < ( 1.0E-15_wp * dt_max_1d ) )  THEN
1090       stop_dt_1d = .TRUE.
1091
1092       WRITE( message_string, * ) 'timestep has exceeded the lower limit&',    &
1093                                  'dt_1d = ',dt_1d,' s   simulation stopped!'
1094       CALL message( 'timestep_1d', 'PA0192', 1, 2, 0, 6, 0 )
1095       
1096    ENDIF
1097
1098 END SUBROUTINE timestep_1d
1099
1100
1101
1102!------------------------------------------------------------------------------!
1103! Description:
1104! ------------
1105!> List output of profiles from the 1D-model
1106!------------------------------------------------------------------------------!
1107 
1108 SUBROUTINE print_1d_model
1109
1110    IMPLICIT NONE
1111
1112    INTEGER(iwp) ::  k  !< loop parameter
1113
1114    LOGICAL, SAVE :: write_first = .TRUE. !< flag for writing header
1115
1116
1117    IF ( myid == 0 )  THEN
1118!
1119!--    Open list output file for profiles from the 1D-model
1120       CALL check_open( 17 )
1121
1122!
1123!--    Write Header
1124       IF ( write_first )  THEN
1125          WRITE ( 17, 100 )  TRIM( run_description_header )
1126          write_first = .FALSE.
1127       ENDIF
1128
1129!
1130!--    Write the values
1131       WRITE ( 17, 104 )  TRIM( simulated_time_chr )
1132       WRITE ( 17, 101 )
1133       WRITE ( 17, 102 )
1134       WRITE ( 17, 101 )
1135       DO  k = nzt+1, nzb, -1
1136          WRITE ( 17, 103)  k, zu(k), u1d(k), v1d(k), pt_init(k), e1d(k), &
1137                            rif1d(k), km1d(k), kh1d(k), l1d(k), diss1d(k)
1138       ENDDO
1139       WRITE ( 17, 101 )
1140       WRITE ( 17, 102 )
1141       WRITE ( 17, 101 )
1142
1143!
1144!--    Write buffer contents to disc immediately
1145       FLUSH( 17 )
1146
1147    ENDIF
1148
1149!
1150!-- Formats
1151100 FORMAT ('# ',A/'#',10('-')/'# 1d-model profiles')
1152104 FORMAT (//'# Time: ',A)
1153101 FORMAT ('#',111('-'))
1154102 FORMAT ('#  k     zu      u          v          pt         e          ',   &
1155            'rif        Km         Kh         l          diss   ')
1156103 FORMAT (1X,I4,1X,F7.1,9(1X,E10.3))
1157
1158
1159 END SUBROUTINE print_1d_model
1160
1161
1162 END MODULE
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.