source: palm/trunk/SOURCE/modules.f90 @ 1836

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1!> @file modules.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! ------------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: modules.f90 1834 2016-04-07 14:34:20Z raasch $
26!
27! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
28! spectra parameter moved to spectra module
29!
30! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
31! curvature_solution_effects removed
32! turbulence renamed collision_turbulence, drizzle renamed
33! cloud_water_sedimentation
34!
35! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
36! icloud_scheme removed. microphysics_sat_adjust, microphysics_kessler,
37! microphysics_seifert added.
38!
39! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
40! cpp-directive for decalpha removed
41!
42! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
43! MPI module used by default on all machines
44!
45! 1804 2016-04-05 16:30:18Z maronga
46! Removed code for parameter file check (__check)
47!
48! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
49! Added roughness length for moisture (z0q)
50!
51! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
52! module spectrum moved to new separate module
53!
54! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
55! netcdf variables moved to the netcdf-interface module
56!
57! 1779 2016-03-03 08:01:28Z raasch
58! coupling_char extended to LEN=3
59!
60! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
61! some reformatting
62!
63! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
64! +nest_* variables, size of volume_flow arrays increased by one element
65!
66! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
67! +mean_surface_level_height
68!
69! 1695 2015-10-27 10:03:11Z maronga
70! Removed rif (forgotten in last revision)
71!
72! 1693 2015-10-27 08:35:45Z maronga
73! Renamed zp -> z_mo
74!
75! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
76! Renamed Obukhov length. Added ol, removed rif. Increased number of profiles
77! (pr_palm). Changed default values for dissipation_1d to 'detering' and
78! (mixing_length_1d to 'blackadar'. Added most_method. rif_min and rif_max
79! renamed to zeta_min and zeta_max and new values assigned.
80!
81! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
82! Code annotations made doxygen readable
83!
84! 1677 2015-10-02 13:25:23Z boeske
85! +ngp_yz_int, type_xz_int, type_yz_int
86!
87! 1666 2015-09-23 07:31:10Z raasch
88! +user_interface_current_revision, user_interface_required_revision in
89! control_parameters
90!
91! 1639 2015-08-31 14:46:48Z knoop
92! Bugfix: string 'unknown' extended to match LEN=13
93!
94! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
95! +ngp_xz
96!
97! 1560 2015-03-06 10:48:54Z keck
98! +recycling_yshift
99!
100! 1557 2015-03-05 16:43:04Z suehring
101! +monotonic_adjustment
102!
103! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
104! Increased pr_palm to 120. Increased length of dots_unit and dots_label to 13
105! digits. Increased length of domask, do2d, and do3d to 20 digits.
106!
107! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
108! Renamed "radiation" -> "cloud_top_radiation"
109!
110! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
111! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
112!   canopy-model related parameters/variables moved to module
113!   plant_canopy_model_mod
114!
115! 1468 2014-09-24 14:06:57Z maronga
116! Adapted for use on up to 6-digit processor cores.
117! Increased identifier string length for user-defined quantities to 20.
118!
119! 1450 2014-08-21 07:31:51Z heinze
120! ntnudge from 100 to 1000 increased to allow longer simulations
121!
122! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
123! +var_d
124!
125! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
126! +ensemble_member_nr to prepare the random_generator for ensemble runs
127!
128! 1382 2014-04-30 12:15:41Z boeske
129! Renamed variables which store large scale forcing tendencies
130! pt_lsa -> td_lsa_lpt, pt_subs -> td_sub_lpt,
131! q_lsa  -> td_lsa_q,   q_subs  -> td_sub_q
132!
133! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
134! Usage of large scale forcing enabled:
135! increase pr_palm from 90 to 100 to allow for more standard profiles
136! + ngp_sums_ls, pt_lsa, pt_subs, q_lsa, q_subs, tmp_tnudge, sums_ls_l,
137! use_subsidence_tendencies
138!
139! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
140! tend_* removed
141! call_microphysics_at_all_substeps added
142! default of drizzle set to true
143!
144! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
145! particle_attributes moved to mod_particle_attributes.f90
146!
147! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
148! REAL constants provided with KIND-attribute
149!
150! 1327 2014-03-21 11:00:16Z raasch
151! REAL constants defined as wp-kind
152! -avs_output, data_output_format, do3d_compress, iso2d_output, netcdf_output
153!
154! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
155! ONLY-attribute added to USE-statements,
156! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
157! kinds are defined in new module kinds,
158! old module precision_kind is removed,
159! revision history before 2012 removed,
160! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
161! all variable declaration statements
162!
163! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
164! module cpulog moved to new separate module-file
165! interface for cpu_log removed
166!
167! 1314 2014-03-14 18:25:17Z suehring
168! + log_z_z0, number_of_sublayers, z0_av_global
169! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
170! +ntdim_2d_xy, ntdim_2d_xz, ntdim_2d_yz, ntdim_3d
171!
172! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
173! set default values for grid indices of maximum velocity components
174! u|v|w_max_ijk
175!
176! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
177! Usage of nudging enabled
178! +nudging, ntnudge, ptnudge, qnudge, tnudge, unudge, vnudge, wnudge
179! increase pr_palm from 80 to 90 to allow for more standard profiles
180!
181! Enable prescribed time depenend surface fluxes and geostrophic wind read in
182! from external file LSF_DATA
183! +large_scale_forcing, lsf_surf, lsf_vert, nlsf, time_surf, shf_surf, qsws_surf,
184!  pt_surf, q_surf, p_surf, time_vert, ug_vert, vg_vert, wsubs_vert
185!
186! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
187! wall_flags_0 changed to 32bit int, +wall_flags_00,
188! +rflags_s_inner, rflags_invers
189!
190! 1216 2013-08-26 09:31:42Z raasch
191! +transpose_compute_overlap,
192! several variables are now defined in the serial (non-parallel) case also
193!
194! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
195! +tri
196!
197! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
198! +reference_state, ref_state, use_initial_profile_as_reference, vpt_reference,
199! use_reference renamed use_single_reference_value
200!
201! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
202! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
203! +use_cmax
204!
205! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
206! +background_communication, i_left, i_right, j_north, j_south, req, req_count,
207! send_receive, sendrecv_in_background, wait_stat
208!
209! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
210! unused variables removed
211!
212! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
213! +on_device
214!
215! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
216! +tric, nr_timesteps_this_run
217!
218! 1106 2013-03-04 05:31:38Z raasch
219! array_kind renamed precision_kind, pdims defined in serial code
220! bugfix: default value assigned to coupling_start_time
221!
222! 1095 2013-02-03 02:21:01Z raasch
223! FORTRAN error in r1092 removed
224!
225! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
226! character length in some derived type changed for better alignment
227!
228! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
229! + c_sedimentation, limiter_sedimentation, turbulence, a_1, a_2, a_3, b_1, b_2,
230! + b_3, c_1, c_2, c_3, beta_cc
231!
232! bottom boundary condition of qr, nr changed from Dirichlet to Neumann
233!
234! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
235! necessary expansions according to the two new prognostic equations (nr, qr)
236! of the two-moment cloud physics scheme:
237! +*_init, flux_l_*, diss_l_*, flux_s_*, diss_s_*, *sws, *swst, tend_*, *, *_p
238! +t*_m, *_1, *_2, *_3, *_av, bc_*_b, bc_*_t, ibc_*_b, ibc_*_t, bc_*_t_val,
239! +*_vertical_gradient, *_surface_initial_change, *_vertical_gradient_level,
240! +*_vertical_gradient_level_ind, *_surface, constant_waterflux_*, 
241! +cloud_scheme, icloud_scheme, surface_waterflux_*, sums_ws*s_ws_l, wall_*flux
242!
243! constants for the two-moment scheme:
244! +a_vent, a_term, b_vent, b_term, c_evap, c_term, cof, eps_sb, k_cc, k_cr, k_rr,
245! +k_br, kappa_rr, kin_vis_air, mu_constant_value, nc, pirho_l, dpirho_l, rho_1,
246! +schmidt, schmidt_p_1d3, stp, x0, xmin, xmax, dt_precipitation, w_precipitation
247!
248! steering parameters for the two_moment scheme:
249! +mu_constant, ventilation_effect
250!
251! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
252! code put under GPL (PALM 3.9)
253!
254! 1031 2012-10-19 14:35:30Z raasch
255! +output_format_netcdf
256!
257! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
258! +acc_rank, num_acc_per_node,
259! -adjust_mixing_length
260!
261! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
262! pointer free version can be generated with cpp switch __nopointer
263!
264! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
265! -grid_matching, nxa, nya, etc., nnx_pe, nny_pe, spl_*
266!
267! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
268! -asselin_filter_factor, cut_spline_overshoot, dt_changed, last_dt_change,
269! last_dt_change_1d, long_filter_factor, overshoot_limit_*, ups_limit_*
270! several pointer/target arrays converted to normal ones
271!
272! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
273! -use_prior_plot1d_parameters
274!
275! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
276! +c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l,
277! +bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
278! -km_damp_x, km_damp_y, km_damp_max, outflow_damping_width
279! +z0h, z0h_av, z0h_factor, z0h1d
280! +ptdf_x, ptdf_y, pt_damping_width, pt_damping_factor
281!
282! 964 2012-07-26 09:14:24Z raasch
283! -cross_linecolors, cross_linestyles, cross_normalized_x, cross_normx_factor,
284! cross_normalized_y, cross_normy_factor, cross_pnc_local,
285! cross_profile_numbers, cross_profile_number_counter, cross_uxmax,
286! cross_uxmax_computed, cross_uxmax_normalized,
287! cross_uxmax_normalized_computed, cross_uxmin, cross_uxmin_computed,
288! cross_uxmin_normalized, cross_uxmin_normalized_computed, cross_uymax,
289! cross_uymin, cross_xtext, dopr_crossindex, dopr_label, linecolors, linestyles,
290! nz_do1d, profil_output, z_max_do1d, z_max_do1d_normalized
291!
292! 951 2012-07-19 14:22:52Z hoffmann
293! changing profile_columns and profile_rows
294!
295! 940 2012-07-09 14:31:00Z raasch
296! +neutral
297!
298! 927 2012-06-06 19:15:04Z raasch
299! +masking_method
300!
301! 880 2012-04-13 06:28:59Z raasch
302! gathered_size, subdomain_size moved to control_parameters
303!
304! 866 2012-03-28 06:44:41Z raasch
305! interface for global_min_max changed
306!
307! 861 2012-03-26 14:18:34Z suehring
308! +wall_flags_0
309! -boundary_flags
310! +nzb_max
311! +adv_sca_1, +adv_mom_1
312!
313! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
314! +deleted_particles, deleted_tails, tr.._count_sum, tr.._count_recv_sum in
315! particle_attributes,
316! +de_dx, de_dy, de_dz in arrays_3d,
317! first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
318!
319! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
320! +dissipation_classes, radius_classes, use_kernel_tables,
321! particle feature color renamed class
322!
323! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
324! +bfactor, curvature_solution_effects, eps_ros, molecular_weight_of_water,
325! vanthoff, -b_cond in cloud_parameters,
326! dopts_num increased to 29, particle attributes speed_x|y|z_sgs renamed
327! rvar1|2|3
328! wang_collision_kernel and turbulence_effects_on_collision replaced by
329! collision_kernel, hall_kernel, palm_kernel, wang_kernel
330!
331! 809 2012-01-30 13:32:58Z marongas
332! Bugfix: replaced .AND. and .NOT. with && and ! in the preprocessor directives
333!
334! 807 2012-01-25 11:53:51Z maronga
335! New cpp directive "__check" implemented which is used by check_namelist_files.
336! New parameter check_restart has been defined which is needed by
337! check_namelist_files only.
338!
339! 805 2012-01-17 15:53:28Z franke
340! Bugfix collective_wait must be out of parallel branch for runs in serial mode
341!
342! 801 2012-01-10 17:30:36Z suehring
343! Dimesion of sums_wsus_ws_l, ! sums_wsvs_ws_l, sums_us2_ws_l, sums_vs2_ws_l,
344! sums_ws2_ws_l, sums_wspts_ws_l, sums_wsqs_ws_l, sums_wssas_ws_l increased.
345! for thread-safe summation in advec_ws.
346!
347! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
348!
349! Revision 1.95  2007/02/11 13:18:30  raasch
350! version 3.1b (last under RCS control)
351!
352! Revision 1.1  1997/07/24 11:21:26  raasch
353! Initial revision
354!
355!
356!------------------------------------------------------------------------------!
357! Description:
358! ------------
359!> Definition of all variables
360!>
361!> @todo Add description for each variable
362!------------------------------------------------------------------------------!
363
364
365!------------------------------------------------------------------------------!
366! Description:
367! ------------
368!> Definition of variables for special advection schemes.
369!------------------------------------------------------------------------------!
370 MODULE advection
371 
372    USE kinds
373
374    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  aex, bex, dex, eex
375
376    SAVE
377
378 END MODULE advection
379
380
381!------------------------------------------------------------------------------!
382! Description:
383! ------------
384!> Definition of all arrays defined on the computational grid.
385!------------------------------------------------------------------------------!
386 MODULE arrays_3d
387
388    USE kinds
389
390    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::                                     &
391          c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l, ddzu, ddzu_pres,     &
392          dd2zu, dzu, ddzw, dzw, hyp, inflow_damping_factor, l_grid,           &
393          nc_1d, nr_1d, ptdf_x, ptdf_y, p_surf, pt_surf, pt_1d, pt_init,       &
394          qsws_surf, q_1d, q_init, q_surf, qc_1d, qr_1d, rdf, rdf_sc,          & 
395          ref_state, sa_init, shf_surf, timenudge, time_surf, time_vert,       &
396          tmp_tnudge, ug, u_init, u_nzb_p1_for_vfc, vg, v_init,                &
397          v_nzb_p1_for_vfc, w_subs, zu, zw
398
399    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::                                   &
400          c_u, c_v, c_w, diss_s_e, diss_s_nr, diss_s_pt, diss_s_q,             &
401          diss_s_qr, diss_s_sa, diss_s_u, diss_s_v, diss_s_w, dzu_mg, dzw_mg,  &
402          flux_s_e, flux_s_nr, flux_s_pt, flux_s_q, flux_s_qr, flux_s_sa,      &
403          flux_s_u, flux_s_v, flux_s_w, f1_mg, f2_mg, f3_mg,                   &
404          mean_inflow_profiles, nrs, nrsws, nrswst,                            &
405          ol,                                                                  & !< Obukhov length
406          ptnudge, pt_slope_ref,                                               &
407          qnudge, qs, qsws, qswst, qswst_remote, qrs, qrsws, qrswst,           &
408          saswsb, saswst, shf, tnudge, td_lsa_lpt, td_lsa_q, td_sub_lpt,       &
409          td_sub_q, total_2d_a, total_2d_o, ts, tswst, ug_vert, unudge, us,    &
410          usws, uswst, vnudge, vg_vert, vsws, vswst, wnudge, wsubs_vert,       &
411          z0,                                                                  & !< roughness length for momentum
412          z0h,                                                                 & !< roughness length for heat
413          z0q                                                                    !< roughness length for moisture
414
415    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::                                 &
416          d, de_dx, de_dy, de_dz, diss, diss_l_e,                              &
417          diss_l_nr, diss_l_pt, diss_l_q, diss_l_qr, diss_l_sa, diss_l_u,      &
418          diss_l_v, diss_l_w, flux_l_e, flux_l_nr, flux_l_pt, flux_l_q,        &
419          flux_l_qr, flux_l_sa, flux_l_u, flux_l_v, flux_l_w, kh, km,          &
420          l_wall, p_loc, tend, tric,                                           &
421          u_m_l, u_m_n, u_m_r, u_m_s, v_m_l, v_m_n, v_m_r, v_m_s, w_m_l,       &
422          w_m_n, w_m_r, w_m_s
423
424#if defined( __nopointer )
425    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
426          e, e_p, nr, nr_p, p, prho, pt, pt_p, q, q_p, qc, ql, ql_c, ql_v,     &
427          ql_vp, qr, qr_p, rho, sa, sa_p, te_m, tnr_m, tpt_m, tq_m, tqr_m,     &
428          tsa_m, tu_m, tv_m, tw_m, u, u_p, v, v_p, vpt, w, w_p
429#else
430    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
431          e_1, e_2, e_3, p, prho_1, nr_1, nr_2, nr_3, pt_1, pt_2, pt_3, q_1,   &
432          q_2, q_3, qc_1, ql_v, ql_vp, ql_1, ql_2, qr_1, qr_2, qr_3, rho_1,    &
433          sa_1, sa_2, sa_3, u_1, u_2, u_3, v_1, v_2, v_3, vpt_1, w_1, w_2, w_3
434
435    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::                                     &
436          e, e_p, nr, nr_p, prho, pt, pt_p, q, q_p, qc, ql, ql_c, qr, qr_p,    &
437          rho, sa, sa_p, te_m, tnr_m, tpt_m, tq_m, tqr_m, tsa_m, tu_m, tv_m,   &
438          tw_m, u, u_p, v, v_p, vpt, w, w_p
439#endif
440
441    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), ALLOCATABLE ::  rif_wall, tri
442
443    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE :: var_x, var_y, var_z, gamma_x,   &
444                                           gamma_y, gamma_z
445
446
447    SAVE
448
449 END MODULE arrays_3d
450
451
452!------------------------------------------------------------------------------!
453! Description:
454! ------------
455!> Definition of variables needed for time-averaging of 2d/3d data.
456!------------------------------------------------------------------------------!
457 MODULE averaging
458 
459    USE kinds
460
461    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  lwp_av,                & !< Avg. liquid water path
462                                              precipitation_rate_av, & !< Avg. of precipitation rate
463                                              ol_av,                 & !< Avg. of Obukhov length
464                                              qsws_av,               & !< Avg. of surface moisture flux
465                                              shf_av,                & !< Avg. of surface heat flux
466                                              ts_av,                 & !< Avg. of characteristic temperature scale
467                                              us_av,                 & !< Avg. of friction velocity
468                                              z0_av,                 & !< Avg. of roughness length for momentum
469                                              z0h_av,                & !< Avg. of roughness length for heat
470                                              z0q_av                   !< Avg. of roughness length for moisture
471
472    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
473          e_av, lpt_av, nr_av, p_av, pc_av, pr_av, prr_av, pt_av, q_av, qc_av, &
474          ql_av, ql_c_av, ql_v_av, ql_vp_av, qr_av, qv_av, rho_av, s_av, sa_av,&
475          u_av, v_av, vpt_av, w_av
476 
477 END MODULE averaging
478
479
480!------------------------------------------------------------------------------!
481! Description:
482! ------------
483!> Definition of variables and constants for cloud physics.
484!------------------------------------------------------------------------------!
485 MODULE cloud_parameters
486 
487    USE kinds
488
489    LOGICAL ::  cloud_water_sedimentation = .FALSE., & !< cloud water sedimentation in bulk cloud physics
490                limiter_sedimentation = .TRUE.,      & !< sedimentation limiter in bulk cloud physics
491                collision_turbulence = .FALSE.,      & !< turbulence effects in bulk cloud physics
492                ventilation_effect = .TRUE.            !< ventilation effect in bulk cloud physics
493               
494
495    REAL(wp) ::  a_1 = 8.69E-4_wp,     & !< coef. in turb. parametrization (cm-2 s3)
496                 a_2 = -7.38E-5_wp,    & !< coef. in turb. parametrization (cm-2 s3)
497                 a_3 = -1.40E-2_wp,    & !< coef. in turb. parametrization
498                 a_term = 9.65_wp,     & !< coef. for terminal velocity (m s-1)
499                 a_vent = 0.78_wp,     & !< coef. for ventilation effect
500                 b_1 = 11.45E-6_wp,    & !< coef. in turb. parametrization (m)
501                 b_2 = 9.68E-6_wp,     & !< coef. in turb. parametrization (m)
502                 b_3 = 0.62_wp,        & !< coef. in turb. parametrization
503                 b_term = 9.8_wp,      & !< coef. for terminal velocity (m s-1)
504                 b_vent = 0.308_wp,    & !< coef. for ventilation effect
505                 beta_cc = 3.09E-4_wp, & !< coef. in turb. parametrization (cm-2 s3)
506                 bfactor,              & !< solution effect on diffusional growth
507                 c_1 = 4.82E-6_wp,     & !< coef. in turb. parametrization (m)
508                 c_2 = 4.8E-6_wp,      & !< coef. in turb. parametrization (m)
509                 c_3 = 0.76_wp,        & !< coef. in turb. parametrization
510                 c_const = 0.93_wp,    & !< const. in Taylor-microscale Reynolds number
511                 c_evap = 0.7_wp,      & !< constant in evaporation
512                 c_sedimentation = 2.0_wp, & !< Courant number of sedimentation process
513                 c_term = 600.0_wp,    & !< coef. for terminal velocity (m-1)
514                 cof(6) = (/ 76.18009172947146_wp,      & !< coefficients in the
515                             -86.50532032941677_wp,     & !< numerical
516                             24.01409824083091_wp,      & !< calculation of the
517                             -1.231739572450155_wp,     & !< gamma function
518                             0.1208650973866179E-2_wp,  &
519                             -0.5395239384953E-5_wp /), &
520                cp = 1005.0_wp,       & !< heat capacity of dry air (J kg-1 K-1)
521                diff_coeff_l = 0.23E-4_wp, & !< diffusivity of water vapor (m2 s-1)
522                effective_coll_efficiency, & !< effective collision efficiency
523                eps_ros = 1.0E-4_wp,  & !< accuracy of Rosenbrock method
524                eps_sb = 1.0E-20_wp,  & !< threshold in two-moments scheme
525                k_cc = 9.44E09_wp,    & !< const. cloud-cloud kernel (m3 kg-2 s-1)
526                k_cr0 = 4.33_wp,      & !< const. cloud-rain kernel (m3 kg-1 s-1)
527                k_rr = 7.12_wp,       & !< const. rain-rain kernel (m3 kg-1 s-1)
528                k_br = 1000._wp,      & !< const. in breakup parametrization (m-1)
529                k_st = 1.2E8_wp,      & !< const. in drizzle parametrization (m-1 s-1)
530                kappa_rr = 60.7_wp,   & !< const. in collision kernel (kg-1/3)
531                kin_vis_air = 1.4086E-5_wp, & !< kin. viscosity of air (m2 s-1)
532                l_v = 2.5E+06_wp,     & !< latent heat of vaporization (J kg-1)
533                l_d_cp, l_d_r, l_d_rv, & !< l_v / cp, l_v / r_d, l_v / r_v
534                mass_of_solute = 1.0E-17_wp, & !< soluted NaCl (kg)
535                molecular_weight_of_solute = 0.05844_wp, & !< mol. m. NaCl (kg mol-1)
536                molecular_weight_of_water = 0.01801528_wp, & !< mol. m. H2O (kg mol-1)
537                nc_const = 70.0E6_wp, & !< cloud droplet concentration
538                prec_time_const = 0.001_wp, & !< coef. in Kessler scheme
539                pirho_l, dpirho_l, & !< pi * rho_l / 6.0; 6.0 / ( pi * rho_l )
540                rho_l = 1.0E3_wp,     & !< density of water (kg m-3)
541                ql_crit = 0.0005_wp,  & !< coef. in Kessler scheme
542                r_d = 287.0_wp,       & !< sp. gas const. dry air (J kg-1 K-1)
543                r_v = 461.51_wp,      & !< sp. gas const. water vapor (J kg-1 K-1)
544                schmidt = 0.71_wp,    & !< Schmidt number
545                schmidt_p_1d3,        & !< schmidt**( 1.0 / 3.0 )
546                sed_qc_const,         & !< const. for sedimentation of cloud water
547                sigma_gc = 1.3_wp,    & !< log-normal geometric standard deviation
548                stp = 2.5066282746310005_wp, & !< parameter in gamma function
549                thermal_conductivity_l = 2.43E-2_wp, & !< therm. cond. air (J m-1 s-1 K-1)
550                vanthoff = 2.0_wp,    & !< van't Hoff factor for NaCl
551                x0 = 2.6E-10_wp,      & !< separating drop mass (kg)
552                xrmin = 2.6E-10_wp,   & !< minimum rain drop size (kg)
553                xrmax = 5.0E-6_wp,    & !< maximum rain drop site (kg)
554                dt_precipitation = 100.0_wp, & !< timestep precipitation (s)
555                w_precipitation = 9.65_wp      !< maximum terminal velocity (m s-1)
556
557    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE     ::  hyrho, pt_d_t, t_d_pt 
558
559    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE   ::  precipitation_amount, &
560                                                precipitation_rate
561!
562!-- 3D array of precipitation rate
563    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  prr
564
565    SAVE
566
567 END MODULE cloud_parameters
568
569
570!------------------------------------------------------------------------------!
571! Description:
572! ------------
573!> Definition of general constants.
574!------------------------------------------------------------------------------!
575 MODULE constants
576 
577    USE kinds
578
579    REAL(wp)  ::  pi = 3.141592654_wp
580    REAL(wp)  ::  adv_mom_1, adv_mom_3, adv_mom_5, adv_sca_1, adv_sca_3, adv_sca_5
581   
582
583    SAVE
584
585 END MODULE constants
586
587 
588!------------------------------------------------------------------------------!
589! Description:
590! ------------
591!> Definition of parameters for program control
592!------------------------------------------------------------------------------!
593 MODULE control_parameters
594
595    USE kinds
596
597    TYPE plot_precision
598       CHARACTER (LEN=8) ::  variable
599       INTEGER(iwp)      ::  precision
600    END TYPE plot_precision
601
602    TYPE(plot_precision), DIMENSION(100) ::  plot_3d_precision =               &
603                        (/ plot_precision( 'u', 2 ), plot_precision( 'v', 2 ), &
604                           plot_precision( 'w', 2 ), plot_precision( 'p', 5 ), &
605                           plot_precision( 'pt', 2 ),                          &
606                           ( plot_precision( ' ', 1 ), i9 = 1,95 ) /)
607
608    TYPE file_status
609       LOGICAL ::  opened, opened_before
610    END TYPE file_status
611   
612    INTEGER, PARAMETER :: mask_xyz_dimension = 100, max_masks = 50
613
614    TYPE(file_status), DIMENSION(200+2*max_masks) ::                &
615                             openfile = file_status(.FALSE.,.FALSE.)
616
617    CHARACTER (LEN=1)    ::  cycle_mg = 'w', timestep_reason = ' '
618    CHARACTER (LEN=3)    ::  coupling_char = ''
619    CHARACTER (LEN=5)    ::  write_binary = 'false'
620    CHARACTER (LEN=8)    ::  most_method = 'lookup', & !< NAMELIST parameter defining method to be used to calculate Okukhov length,
621                             run_date,               & !<
622                             run_time                  !<
623    CHARACTER (LEN=9)    ::  simulated_time_chr
624    CHARACTER (LEN=11)   ::  topography_grid_convention = ' '
625    CHARACTER (LEN=12)   ::  version = ' ', revision = ' ', &
626                             user_interface_current_revision = ' ', &
627                             user_interface_required_revision = ' '
628    CHARACTER (LEN=16)   ::  conserve_volume_flow_mode = 'default', &
629                             loop_optimization = 'default', &
630                             momentum_advec = 'ws-scheme', &
631                             psolver = 'poisfft', &
632                             scalar_advec = 'ws-scheme'
633    CHARACTER (LEN=20)   ::  bc_e_b = 'neumann', bc_lr = 'cyclic', &
634                             bc_ns = 'cyclic', bc_p_b = 'neumann', &
635                             bc_p_t = 'dirichlet', bc_pt_b = 'dirichlet', &
636                             bc_pt_t = 'initial_gradient', &
637                             bc_q_b = 'dirichlet', bc_q_t = 'neumann', &
638                             bc_s_b = 'dirichlet', bc_s_t = 'neumann', &
639                             bc_sa_t = 'neumann', &
640                             bc_uv_b = 'dirichlet', bc_uv_t = 'dirichlet', &
641                             cloud_scheme = 'saturation_adjust', &
642                             coupling_mode = 'uncoupled', &
643                             coupling_mode_remote = 'uncoupled', &
644                             dissipation_1d = 'detering', &
645                             fft_method = 'system-specific', &
646                             mixing_length_1d = 'blackadar', &
647                             random_generator = 'numerical-recipes', &
648                             reference_state = 'initial_profile', &
649                             return_addres, return_username, &
650                             timestep_scheme = 'runge-kutta-3'                             
651    CHARACTER (LEN=40)   ::  avs_data_file, topography = 'flat'
652    CHARACTER (LEN=64)   ::  host = ' '
653    CHARACTER (LEN=80)   ::  log_message, run_identifier
654    CHARACTER (LEN=100)  ::  initializing_actions = ' ' 
655    CHARACTER (LEN=110)  ::  run_description_header
656    CHARACTER (LEN=1000) ::  message_string = ' '
657
658    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(100) ::  data_output = ' ',    &
659                                           data_output_user = ' ', doav = ' '
660    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(max_masks,100) ::  &
661         data_output_masks = ' ', data_output_masks_user = ' '
662
663    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(300) ::  data_output_pr = ' '
664    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(200) ::  data_output_pr_user = ' '
665    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(max_masks,0:1,100) ::  domask = ' '
666    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(0:1,100) ::  do2d = ' ', do3d = ' '
667
668    INTEGER(iwp) ::  abort_mode = 1, average_count_pr = 0, &
669                     average_count_3d = 0, current_timestep_number = 0, &
670                     coupling_topology = 0, &
671                     dist_range = 0, disturbance_level_ind_b, &
672                     disturbance_level_ind_t, doav_n = 0, dopr_n = 0, &
673                     dopr_time_count = 0, dopts_time_count = 0, &
674                     dots_time_count = 0, &
675                     do2d_xy_n = 0, do2d_xz_n = 0, do2d_yz_n = 0, do3d_avs_n = 0, &
676                     dp_level_ind_b = 0, dvrp_filecount = 0, &
677                     dz_stretch_level_index, ensemble_member_nr = 0, gamma_mg, gathered_size, &
678                     grid_level, ibc_e_b, ibc_p_b, ibc_p_t, &
679                     ibc_pt_b, ibc_pt_t, ibc_q_b, ibc_q_t, &
680                     ibc_sa_t, ibc_uv_b, ibc_uv_t, &
681                     inflow_disturbance_begin = -1, inflow_disturbance_end = -1, &
682                     intermediate_timestep_count, intermediate_timestep_count_max, &
683                     io_group = 0, io_blocks = 1, iran = -1234567, &
684                     masks = 0, maximum_grid_level, &
685                     maximum_parallel_io_streams = -1, max_pr_user = 0, &
686                     mgcycles = 0, mg_cycles = -1, mg_switch_to_pe0_level = 0, mid, &
687                     nlsf = 1000, ntnudge = 1000, ngsrb = 2, &
688                     nr_timesteps_this_run = 0, &
689                     nsor = 20, nsor_ini = 100, n_sor, normalizing_region = 0, &
690                     nz_do3d = -9999, prt_time_count = 0, &
691                     recycling_plane, runnr = 0, &
692                     skip_do_avs = 0, subdomain_size, terminate_coupled = 0, &
693                     terminate_coupled_remote = 0, timestep_count = 0
694
695    INTEGER(iwp) ::  dist_nxl(0:1), dist_nxr(0:1), dist_nyn(0:1), dist_nys(0:1), &
696                     do2d_no(0:1) = 0, do2d_xy_time_count(0:1), &
697                     do2d_xz_time_count(0:1), do2d_yz_time_count(0:1), &
698                     do3d_no(0:1) = 0, do3d_time_count(0:1), &
699                     domask_no(max_masks,0:1) = 0, domask_time_count(max_masks,0:1),&
700                     mask_size(max_masks,3) = -1, mask_size_l(max_masks,3) = -1, &
701                     mask_start_l(max_masks,3) = -1, &
702                     pt_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
703                     q_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
704                     sa_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
705                     section(100,3), section_xy(100) = -9999, &
706                     section_xz(100) = -9999, section_yz(100) = -9999, &
707                     ug_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
708                     vg_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
709                     subs_vertical_gradient_level_i(10) = -9999
710
711
712    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:1) :: ntdim_2d_xy, ntdim_2d_xz, ntdim_2d_yz, ntdim_3d
713
714    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  grid_level_count
715
716    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE   ::  mask_i, mask_j, mask_k
717    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE   ::  &
718                    mask_i_global, mask_j_global, mask_k_global
719
720    LOGICAL ::  bc_lr_cyc =.TRUE., bc_lr_dirrad = .FALSE., &
721                bc_lr_raddir = .FALSE., bc_ns_cyc = .TRUE., &
722                bc_ns_dirrad = .FALSE., bc_ns_raddir = .FALSE.,&
723                call_microphysics_at_all_substeps = .FALSE., &
724                call_psolver_at_all_substeps = .TRUE., &
725                cloud_droplets = .FALSE., cloud_physics = .FALSE., &
726                cloud_top_radiation = .FALSE., &
727                conserve_volume_flow = .FALSE., constant_diffusion = .FALSE., &
728                constant_flux_layer = .TRUE., &
729                constant_heatflux = .TRUE., constant_top_heatflux = .TRUE., &
730                constant_top_momentumflux = .FALSE., &
731                constant_top_salinityflux = .TRUE., &
732                constant_waterflux = .TRUE., create_disturbances = .TRUE., &
733                data_output_2d_on_each_pe = .TRUE., & 
734                dissipation_control = .FALSE., disturbance_created = .FALSE., &
735                do2d_at_begin = .FALSE., do3d_at_begin = .FALSE., &
736                do_sum = .FALSE., &
737                dp_external = .FALSE., dp_smooth = .FALSE., &
738                dt_fixed = .FALSE., &
739                dt_3d_reached, dt_3d_reached_l, exchange_mg = .FALSE., &
740                first_call_lpm = .TRUE., &
741                force_print_header = .FALSE., galilei_transformation = .FALSE.,&
742                humidity = .FALSE., humidity_remote = .FALSE., &
743                inflow_l = .FALSE., inflow_n = .FALSE., &
744                inflow_r = .FALSE., inflow_s = .FALSE., &
745                large_scale_forcing = .FALSE., &
746                large_scale_subsidence = .FALSE., lsf_surf = .TRUE., &
747                lsf_vert = .TRUE., lptnudge = .FALSE., lqnudge = .FALSE., &
748                lunudge = .FALSE., lvnudge = .FALSE., lwnudge = .FALSE., &
749                masking_method = .FALSE., &
750                microphysics_sat_adjust = .FALSE., &
751                microphysics_kessler = .FALSE., &
752                microphysics_seifert = .FALSE., &
753                mg_switch_to_pe0 = .FALSE., &
754                monotonic_adjustment = .FALSE.
755    LOGICAL ::  nest_bound_l = .FALSE. !< nested boundary on left side
756    LOGICAL ::  nest_bound_n = .FALSE. !< nested boundary on north side
757    LOGICAL ::  nest_bound_r = .FALSE. !< nested boundary on right side
758    LOGICAL ::  nest_bound_s = .FALSE. !< nested boundary on south side
759    LOGICAL ::  nest_domain  = .FALSE. !< domain is nested into a parent domain
760    LOGICAL ::  neutral = .FALSE., nudging = .FALSE., &
761                ocean = .FALSE., on_device = .FALSE., &
762                outflow_l = .FALSE., outflow_n = .FALSE., outflow_r = .FALSE., &
763                outflow_s = .FALSE., passive_scalar = .FALSE., &
764                precipitation = .FALSE., &
765                random_heatflux = .FALSE., recycling_yshift = .FALSE.,&
766                run_control_header = .FALSE., run_coupled = .TRUE., &
767                scalar_rayleigh_damping = .TRUE., sloping_surface = .FALSE., &
768                stop_dt = .FALSE., synchronous_exchange = .FALSE., &
769                terminate_run = .FALSE., transpose_compute_overlap = .FALSE., &
770                turbulent_inflow = .FALSE., &
771                use_cmax = .TRUE., use_initial_profile_as_reference = .FALSE., &
772                use_prescribed_profile_data = .FALSE., &
773                use_single_reference_value = .FALSE., &
774                use_subsidence_tendencies = .FALSE., &
775                use_surface_fluxes = .FALSE., use_top_fluxes = .FALSE., &
776                use_ug_for_galilei_tr = .TRUE., use_upstream_for_tke = .FALSE.,&
777                wall_adjustment = .TRUE., ws_scheme_sca = .FALSE., &
778                ws_scheme_mom = .FALSE.
779
780    LOGICAL ::  data_output_xy(0:1) = .FALSE., data_output_xz(0:1) = .FALSE., &
781                data_output_yz(0:1) = .FALSE.
782
783    REAL(wp) ::  advected_distance_x = 0.0_wp, advected_distance_y = 0.0_wp, &
784                 alpha_surface = 0.0_wp, atmos_ocean_sign = 1.0_wp, &
785                 averaging_interval = 0.0_wp, averaging_interval_pr = 9999999.9_wp, &
786                 bc_pt_t_val, bc_q_t_val, bottom_salinityflux = 0.0_wp, &
787                 building_height = 50.0_wp, building_length_x = 50.0_wp, &
788                 building_length_y = 50.0_wp, building_wall_left = 9999999.9_wp, &
789                 building_wall_south = 9999999.9_wp, canyon_height = 50.0_wp, &
790                 canyon_width_x = 9999999.9_wp, canyon_width_y = 9999999.9_wp, &
791                 canyon_wall_left = 9999999.9_wp, canyon_wall_south = 9999999.9_wp, &
792                 cfl_factor = -1.0_wp, cos_alpha_surface, &
793                 coupling_start_time = 0.0_wp, disturbance_amplitude = 0.25_wp, &
794                 disturbance_energy_limit = 0.01_wp, &
795                 disturbance_level_b = -9999999.9_wp, &
796                 disturbance_level_t = -9999999.9_wp, &
797                 dp_level_b = 0.0_wp, &
798                 dt = -1.0_wp, dt_averaging_input = 0.0_wp, &
799                 dt_averaging_input_pr = 9999999.9_wp, dt_coupling = 9999999.9_wp, &
800                 dt_data_output = 9999999.9_wp, &
801                 dt_data_output_av = 9999999.9_wp, dt_disturb = 9999999.9_wp, &
802                 dt_dopr = 9999999.9_wp, dt_dopr_listing = 9999999.9_wp, &
803                 dt_dopts = 9999999.9_wp, dt_dots = 9999999.9_wp, &
804                 dt_do2d_xy = 9999999.9_wp, dt_do2d_xz = 9999999.9_wp, &
805                 dt_do2d_yz = 9999999.9_wp, dt_do3d = 9999999.9_wp, dt_dvrp = 9999999.9_wp, &
806                 dt_max = 20.0_wp, dt_micro = -1.0_wp, &
807                 dt_restart = 9999999.9_wp, &
808                 dt_run_control = 60.0_wp, dt_3d = -1.0_wp, dz = -1.0_wp, &
809                 dz_max = 9999999.9_wp, dz_stretch_factor = 1.08_wp, &
810                 dz_stretch_level = 100000.0_wp, e_init = 0.0_wp, e_min = 0.0_wp, &
811                 end_time = 0.0_wp, &
812                 f = 0.0_wp, fs = 0.0_wp, g = 9.81_wp, inflow_damping_height = 9999999.9_wp, &
813                 inflow_damping_width = 9999999.9_wp, kappa = 0.4_wp, km_constant = -1.0_wp,&
814                 mask_scale_x = 1.0_wp, mask_scale_y = 1.0_wp, mask_scale_z = 1.0_wp, &
815                 maximum_cpu_time_allowed = 0.0_wp,  &
816                 molecular_viscosity = 1.461E-5_wp, &
817                 old_dt = 1.0E-10_wp, omega = 7.29212E-5_wp, omega_sor = 1.8_wp, &
818                 particle_maximum_age = 9999999.9_wp, &
819                 phi = 55.0_wp, prandtl_number = 1.0_wp, &
820                 precipitation_amount_interval = 9999999.9_wp, prho_reference, &
821                 pt_damping_factor = 0.0_wp, pt_damping_width = 0.0_wp, &
822                 pt_reference = 9999999.9_wp, pt_slope_offset = 0.0_wp, &
823                 pt_surface = 300.0_wp, pt_surface_initial_change = 0.0_wp, &
824                 q_surface = 0.0_wp, q_surface_initial_change = 0.0_wp, &
825                 rayleigh_damping_factor = -1.0_wp, rayleigh_damping_height = -1.0_wp, &
826                 recycling_width = 9999999.9_wp, residual_limit = 1.0E-4_wp, &
827                 restart_time = 9999999.9_wp, rho_reference, rho_surface, &
828                 roughness_length = 0.1_wp, &
829                 sa_surface = 35.0_wp, &
830                 simulated_time = 0.0_wp, simulated_time_at_begin, sin_alpha_surface, &
831                 skip_time_data_output = 0.0_wp, skip_time_data_output_av = 9999999.9_wp,&
832                 skip_time_dopr = 9999999.9_wp, &
833                 skip_time_do2d_xy = 9999999.9_wp, skip_time_do2d_xz = 9999999.9_wp, &
834                 skip_time_do2d_yz = 9999999.9_wp, skip_time_do3d = 9999999.9_wp, &
835                 surface_heatflux = 9999999.9_wp, surface_pressure = 1013.25_wp, &
836                 surface_scalarflux = 9999999.9_wp, surface_waterflux = 9999999.9_wp, &
837                 s_surface = 0.0_wp, s_surface_initial_change = 0.0_wp, &
838                 termination_time_needed = -1.0_wp, time_coupling = 0.0_wp, &
839                 time_disturb = 0.0_wp, time_dopr = 0.0_wp, time_dopr_av = 0.0_wp, &
840                 time_dopr_listing = 0.0_wp, time_dopts = 0.0_wp, time_dosp = 0.0_wp, &
841                 time_dosp_av = 0.0_wp, time_dots = 0.0_wp, time_do2d_xy = 0.0_wp, &
842                 time_do2d_xz = 0.0_wp, time_do2d_yz = 0.0_wp, time_do3d = 0.0_wp, &
843                 time_do_av = 0.0_wp, time_do_sla = 0.0_wp, time_dvrp = 0.0_wp, &
844                 time_restart = 9999999.9_wp, time_run_control = 0.0_wp,&
845                 time_since_reference_point, top_heatflux = 9999999.9_wp, &
846                 top_momentumflux_u = 9999999.9_wp, &
847                 top_momentumflux_v = 9999999.9_wp, top_salinityflux = 9999999.9_wp, &
848                 ug_surface = 0.0_wp, u_bulk = 0.0_wp, u_gtrans = 0.0_wp, &
849                 vg_surface = 0.0_wp, vpt_reference = 9999999.9_wp, &
850                 v_bulk = 0.0_wp, v_gtrans = 0.0_wp, wall_adjustment_factor = 1.8_wp, &
851                 zeta_max = 20.0_wp,    & !< Maximum value of zeta = z/L
852                 zeta_min = -9990.0_wp, & !< Minimum value of zeta = z/L
853                 z_max_do2d = -1.0_wp, z0h_factor = 1.0_wp
854
855    REAL(wp) ::  do2d_xy_last_time(0:1) = -1.0_wp, do2d_xz_last_time(0:1) = -1.0_wp, &
856                 do2d_yz_last_time(0:1) = -1.0_wp, dpdxy(1:2) = 0.0_wp, &
857                 dt_domask(max_masks) = 9999999.9_wp, &
858                 mask_scale(3), &
859                 pt_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
860                 pt_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
861                 q_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
862                 q_vertical_gradient_level(10) = -1.0_wp, &
863                 s_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
864                 s_vertical_gradient_level(10) = -1.0_wp, &
865                 sa_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
866                 sa_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
867                 skip_time_domask(max_masks) = 9999999.9_wp, threshold(20) = 0.0_wp, &
868                 time_domask(max_masks) = 0.0_wp, &
869                 tsc(10) = (/ 1.0_wp, 1.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp /), &
870                 u_profile(100) = 9999999.9_wp, uv_heights(100) = 9999999.9_wp, &
871                 v_profile(100) = 9999999.9_wp, &
872                 ug_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
873                 ug_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
874                 vg_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
875                 vg_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
876                 volume_flow(1:3) = 0.0_wp, volume_flow_area(1:3) = 0.0_wp, &
877                 volume_flow_initial(1:3) = 0.0_wp, wall_heatflux(0:4) = 0.0_wp, &
878                 wall_humidityflux(0:4) = 0.0_wp, wall_nrflux(0:4) = 0.0_wp, &
879                 wall_qflux(0:4) = 0.0_wp, wall_qrflux(0:4) = 0.0_wp, &
880                 wall_salinityflux(0:4) = 0.0_wp, wall_scalarflux(0:4) = 0.0_wp, &
881                 subs_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
882                 subs_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp
883
884    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  dp_smooth_factor
885
886    REAL(wp), DIMENSION(max_masks,mask_xyz_dimension) :: &
887            mask_x = -1.0_wp, mask_y = -1.0_wp, mask_z = -1.0_wp
888    REAL(wp), DIMENSION(max_masks,3) ::                  &
889            mask_x_loop = -1.0_wp, mask_y_loop = -1.0_wp, mask_z_loop = -1.0_wp
890   
891!
892!--    internal mask arrays ("mask,dimension,selection")
893       REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  mask, mask_loop
894
895    SAVE
896
897 END MODULE control_parameters
898
899
900!------------------------------------------------------------------------------!
901! Description:
902! ------------
903!> Definition of variables used with dvrp-software.
904!------------------------------------------------------------------------------!
905 MODULE dvrp_variables
906
907     USE kinds
908
909    CHARACTER (LEN=10) ::  dvrp_output = 'rtsp', particle_color = 'none', &
910                           particle_dvrpsize = 'none'
911
912    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(10) ::  mode_dvrp = &
913                                     (/ ( '                    ', i9 = 1,10 ) /)
914
915    CHARACTER (LEN=80) ::  dvrp_directory = 'default',                    &
916                           dvrp_file      = 'default',                    &
917                           dvrp_host      = 'origin.rvs.uni-hannover.de', &
918                           dvrp_password  = '********',                   &
919                           dvrp_username  = ' '
920
921    INTEGER(iwp) ::  cluster_size = 1, dvrp_colortable_entries = 4,                 &
922                     dvrp_colortable_entries_prt = 22, islice_dvrp,                 &
923                     nx_dvrp, nxl_dvrp, nxr_dvrp, ny_dvrp, nyn_dvrp, nys_dvrp,      &
924                     nz_dvrp, pathlines_fadeintime = 5, pathlines_fadeouttime = 5,  &
925                     pathlines_linecount = 1000, pathlines_maxhistory = 40,         &
926                     pathlines_wavecount = 10, pathlines_wavetime = 50,             &
927                     vc_gradient_normals = 0, vc_mode = 0, vc_size_x = 2,           &
928                     vc_size_y = 2, vc_size_z = 2
929
930    INTEGER(iwp), DIMENSION(10) ::  slicer_position_dvrp
931
932    LOGICAL ::  cyclic_dvrp = .FALSE., dvrp_overlap, dvrp_total_overlap, &
933                local_dvrserver_running, lock_steering_update = .FALSE., &
934                use_seperate_pe_for_dvrp_output = .FALSE.
935
936    REAL(wp)    ::  clip_dvrp_l = 9999999.9_wp, clip_dvrp_n = 9999999.9_wp, &
937                    clip_dvrp_r = 9999999.9_wp, clip_dvrp_s = 9999999.9_wp, &
938                    superelevation = 1.0_wp, superelevation_x = 1.0_wp,     &
939                    superelevation_y = 1.0_wp, vc_alpha = 38.0_wp
940
941    REAL(wp), DIMENSION(2) ::  color_interval = (/ 0.0_wp, 1.0_wp /), &
942                               dvrpsize_interval = (/ 0.0_wp, 1.0_wp /)
943
944    REAL(wp), DIMENSION(3) ::  groundplate_color = (/ 0.0_wp, 0.6_wp, 0.0_wp /), &
945                               topography_color = (/ 0.8_wp, 0.7_wp, 0.6_wp /)
946
947    REAL(wp), DIMENSION(2,10)     ::  slicer_range_limits_dvrp
948
949    REAL(wp), DIMENSION(3,10)     ::  isosurface_color
950
951    REAL(sp), DIMENSION(2,100) ::  interval_values_dvrp,                       &
952                                   interval_values_dvrp_prt, interval_h_dvrp,  &
953                                   interval_h_dvrp_prt, interval_l_dvrp = 0.5_sp, &
954                                   interval_l_dvrp_prt = 0.5_sp, interval_s_dvrp = 1.0_sp, &
955                                   interval_s_dvrp_prt = 1.0_sp, interval_a_dvrp = 0.0_sp, &
956                                   interval_a_dvrp_prt = 0.0_sp
957
958    DATA  slicer_range_limits_dvrp / -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
959                                     -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
960                                     -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
961                                     -1.0_wp, 1.0_wp /
962
963    DATA  isosurface_color / 0.9_wp, 0.9_wp, 0.9_wp,  0.8_wp, 0.1_wp, 0.1_wp,  0.1_wp, 0.1_wp, 0.8_wp, &
964                             0.1_wp, 0.8_wp, 0.1_wp,  0.6_wp, 0.1_wp, 0.1_wp,  0.1_wp, 0.1_wp, 0.6_wp, &
965                             0.1_wp, 0.6_wp, 0.1_wp,  0.4_wp, 0.1_wp, 0.1_wp,  0.1_wp, 0.1_wp, 0.4_wp, &
966                             0.1_wp, 0.4_wp, 0.1_wp /
967
968    DATA  interval_h_dvrp / 270.0_wp, 225.0_wp, 225.0_wp, 180.0_wp, 70.0_wp, 25.0_wp, &
969                            25.0_wp, -25.0_wp, 192 * 0.0_wp /
970
971    DATA  interval_h_dvrp_prt / 270.0_wp, 225.0_wp, 225.0_wp, 180.0_wp, 70.0_wp, 25.0_wp, &
972                                25.0_wp, -25.0_wp, 192 * 0.0_wp /
973
974    REAL(sp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  xcoor_dvrp, ycoor_dvrp, zcoor_dvrp
975
976    TYPE steering
977       CHARACTER (LEN=24) ::  name
978       REAL(sp)           ::  min, max
979       INTEGER(iwp)       ::  imin, imax
980    END TYPE steering
981
982    TYPE(steering), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  steering_dvrp
983
984    SAVE
985
986 END MODULE dvrp_variables
987
988
989!------------------------------------------------------------------------------!
990! Description:
991! ------------
992!> Definition of grid spacings.
993!------------------------------------------------------------------------------!
994 MODULE grid_variables
995
996    USE kinds
997
998    REAL(wp) ::  ddx, ddx2, dx = 1.0_wp, dx2, ddy, ddy2, dy = 1.0_wp, dy2
999
1000    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ddx2_mg, ddy2_mg
1001
1002    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  fwxm, fwxp, fwym, fwyp, fxm, fxp,   &
1003                                              fym, fyp, wall_e_x, wall_e_y,       &
1004                                              wall_u, wall_v, wall_w_x, wall_w_y, &
1005                                              zu_s_inner, zw_w_inner
1006
1007    SAVE
1008
1009 END MODULE grid_variables
1010
1011
1012!------------------------------------------------------------------------------!
1013! Description:
1014! ------------
1015!> Definition of array bounds, number of gridpoints, and wall flag arrays.
1016!------------------------------------------------------------------------------!
1017 MODULE indices
1018
1019    USE kinds
1020
1021    INTEGER(iwp) ::  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp = 3, ngp_sums,         &
1022                     ngp_sums_ls, nnx, nx = 0, nx_a, nx_o, nxl, nxlg, nxlu, nxr,    &
1023                     nxrg, nx_on_file, nny, ny = 0, ny_a, ny_o, nyn, nyng, nys,     &
1024                     nysg, nysv, ny_on_file, nnz, nz = 0, nzb, nzb_diff, nzb_max,   &
1025                     nzt, nzt_diff
1026
1027
1028    INTEGER(idp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::      &
1029                ngp_3d, ngp_3d_inner   ! need to have 64 bit for grids > 2E9
1030
1031    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::                                  &
1032                   ngp_2dh, nxl_mg, nxr_mg, nyn_mg, nys_mg, nzt_mg
1033
1034
1035    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: ngp_2dh_outer, ngp_2dh_s_inner,  &
1036                   mg_loc_ind, nzb_diff_s_inner, nzb_diff_s_outer, nzb_diff_u,    &
1037                   nzb_diff_v, nzb_inner, nzb_outer, nzb_s_inner, nzb_s_outer,    &
1038                   nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzb_v_inner, nzb_v_outer,            &
1039                   nzb_w_inner, nzb_w_outer, nzb_2d
1040
1041    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  flags
1042
1043    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  wall_flags_0, wall_flags_00
1044
1045    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE,  TARGET ::                       &
1046                   wall_flags_1, wall_flags_2, wall_flags_3, wall_flags_4,        &
1047                   wall_flags_5, wall_flags_6, wall_flags_7, wall_flags_8,        &
1048                   wall_flags_9, wall_flags_10
1049
1050    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rflags_s_inner, rflags_invers
1051
1052    SAVE
1053
1054 END MODULE indices
1055
1056
1057!------------------------------------------------------------------------------!
1058! Description:
1059! ------------
1060!> Interfaces for special subroutines which use optional parameters.
1061!------------------------------------------------------------------------------!
1062 MODULE interfaces
1063
1064    INTERFACE
1065
1066!------------------------------------------------------------------------------!
1067! Description:
1068! ------------
1069!> @todo Missing subroutine description.
1070!------------------------------------------------------------------------------!
1071       SUBROUTINE global_min_max ( i1, i2, j1, j2, k1, k2, feld, mode, offset, &
1072                                   wert, wert_ijk, wert1, wert1_ijk )
1073
1074          USE kinds
1075
1076          CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)      ::  mode
1077          INTEGER(iwp), INTENT(IN)           ::  i1, i2, j1, j2, k1, k2
1078          INTEGER(iwp)                       ::  wert_ijk(3)
1079          INTEGER(iwp), OPTIONAL             ::  wert1_ijk(3)
1080          REAL(wp)                           ::  offset, wert
1081          REAL(wp), OPTIONAL                 ::  wert1
1082          REAL(wp), INTENT(IN)               ::  feld(i1:i2,j1:j2,k1:k2)
1083
1084       END SUBROUTINE global_min_max
1085
1086    END INTERFACE
1087
1088    SAVE
1089
1090 END MODULE interfaces
1091
1092
1093!------------------------------------------------------------------------------!
1094! Description:
1095! ------------
1096!> Interfaces for subroutines with pointer arguments called in
1097!> prognostic_equations.
1098!------------------------------------------------------------------------------!
1099 MODULE pointer_interfaces
1100
1101    INTERFACE
1102
1103!------------------------------------------------------------------------------!
1104! Description:
1105! ------------
1106!> @todo Missing subroutine description.
1107!------------------------------------------------------------------------------!
1108       SUBROUTINE advec_s_bc( sk, sk_char )
1109
1110          USE kinds
1111
1112          CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)   ::  sk_char
1113#if defined( __nopointer )
1114          REAL(wp), DIMENSION(:,:,:) ::  sk
1115#else
1116          REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  sk
1117#endif
1118       END SUBROUTINE advec_s_bc
1119
1120    END INTERFACE
1121
1122
1123    SAVE
1124
1125 END MODULE pointer_interfaces
1126
1127
1128!------------------------------------------------------------------------------!
1129! Description:
1130! ------------
1131!> Definition of variables for the 1D-model.
1132!------------------------------------------------------------------------------!
1133 MODULE model_1d
1134
1135    USE kinds
1136
1137    INTEGER(iwp) ::  current_timestep_number_1d = 0, damp_level_ind_1d
1138
1139    LOGICAL ::  run_control_header_1d = .FALSE., stop_dt_1d = .FALSE. 
1140
1141    REAL(wp) ::     damp_level_1d = -1.0_wp, dt_1d = 60.0_wp, dt_max_1d = 300.0_wp, &
1142                    dt_pr_1d = 9999999.9_wp, dt_run_control_1d = 60.0_wp, &
1143                    end_time_1d = 864000.0_wp, old_dt_1d = 1.0E-10_wp, &
1144                    qs1d, simulated_time_1d = 0.0_wp, time_pr_1d = 0.0_wp, &
1145                    time_run_control_1d = 0.0_wp, ts1d, us1d, usws1d, &
1146                    vsws1d, z01d, z0h1d
1147
1148
1149    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  e1d, e1d_p, kh1d, km1d, l_black, l1d,  &
1150                                            rif1d, te_e, te_em, te_u, te_um, te_v, &
1151                                            te_vm, u1d, u1d_p, v1d, v1d_p
1152
1153    SAVE
1154
1155 END MODULE model_1d
1156
1157
1158
1159
1160!------------------------------------------------------------------------------!
1161! Description:
1162! ------------
1163!> Definition of variables which define processor topology and the exchange of
1164!> ghost point layers. This modules must be placed in all routines which contain
1165!> MPI-calls.
1166!------------------------------------------------------------------------------!
1167 MODULE pegrid
1168
1169    USE kinds
1170
1171#if defined( __parallel )
1172#if defined( __mpifh )
1173    INCLUDE "mpif.h"
1174#else
1175    USE MPI
1176#endif
1177#endif
1178    CHARACTER(LEN=2) ::  send_receive = 'al'
1179    CHARACTER(LEN=7) ::  myid_char = ''
1180    INTEGER(iwp)          ::  acc_rank, comm1dx, comm1dy, comm2d, comm_inter,       &
1181                              comm_palm, id_inflow = 0, id_recycling = 0, ierr,     &
1182                              myid = 0, myidx = 0, myidy = 0, ndim = 2, ngp_a,      &
1183                              ngp_o, ngp_xy, ngp_y, npex = -1, npey = -1,           &
1184                              numprocs = 1, numprocs_previous_run = -1,             &
1185                              num_acc_per_node = 0, pleft, pnorth, pright, psouth,  &
1186                              req_count = 0, sendrecvcount_xy, sendrecvcount_yz,    &
1187                              sendrecvcount_zx, sendrecvcount_zyd,                  &
1188                              sendrecvcount_yxd, target_id, tasks_per_node = -9999, &
1189                              threads_per_task = 1, type_x, type_x_int, type_xy,    &
1190                              type_y, type_y_int
1191
1192    INTEGER(iwp)          ::  pdims(2) = 1, req(100)
1193
1194    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hor_index_bounds, &
1195                                                  hor_index_bounds_previous_run
1196
1197    LOGICAL ::  background_communication =.FALSE., collective_wait = .FALSE., &
1198                sendrecv_in_background = .FALSE.
1199
1200#if defined( __parallel )
1201#if defined( __mpi2 )
1202    CHARACTER (LEN=MPI_MAX_PORT_NAME) ::  port_name
1203#endif
1204
1205    INTEGER(iwp) ::  ibuf(12), pcoord(2)
1206    INTEGER(iwp) ::  status(MPI_STATUS_SIZE)
1207    INTEGER(iwp), DIMENSION(MPI_STATUS_SIZE,100) ::  wait_stat
1208
1209    INTEGER(iwp) :: ngp_yz_int, type_xz_int, type_yz_int
1210    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_xz, ngp_yz, type_xz, type_yz
1211
1212    LOGICAL ::  left_border_pe  = .FALSE., north_border_pe = .FALSE., &
1213                reorder = .TRUE., right_border_pe = .FALSE.,          &
1214                south_border_pe = .FALSE.
1215
1216    LOGICAL, DIMENSION(2) ::  cyclic = (/ .TRUE. , .TRUE. /), &
1217                              remain_dims
1218#endif
1219
1220    SAVE
1221
1222 END MODULE pegrid
1223
1224
1225!------------------------------------------------------------------------------!
1226! Description:
1227! ------------
1228!> Definition of variables which control PROFIL-output.
1229!------------------------------------------------------------------------------!
1230 MODULE profil_parameter
1231
1232    USE kinds
1233
1234    INTEGER(iwp), PARAMETER ::  crmax = 100
1235
1236    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(20) ::  cross_ts_profiles = &
1237                           (/ ' E E*               ', ' dt                 ', &
1238                              ' u* w*              ', ' th*                ', &
1239                              ' umax vmax wmax     ', ' div_old div_new    ', &
1240                              ' z_i_wpt z_i_pt     ', ' w"pt"0 w"pt" wpt   ', &
1241                              ' pt(0) pt(zp)       ', ' splux spluy spluz  ', &
1242                              ' L                  ',                         &
1243                            ( '                    ', i9 = 1, 9 ) /)
1244
1245    CHARACTER (LEN=100), DIMENSION(crmax) ::  cross_profiles = &
1246                           (/ ' u v                           ', &
1247                              ' pt                            ', &
1248                              ' w"pt" w*pt* w*pt*BC wpt wptBC ', &
1249                              ' w"u" w*u* wu w"v" w*v* wv     ', &
1250                              ' km kh                         ', &
1251                              ' l                             ', &
1252                         ( '                               ', i9 = 1, 94 ) /)
1253
1254    INTEGER(iwp) ::  profile_columns = 2, profile_rows = 3, profile_number = 0
1255
1256    INTEGER(iwp) ::  cross_ts_numbers(crmax,crmax) = 0, &
1257                     cross_ts_number_count(crmax) = 0, &
1258                     dopr_index(300) = 0, dopr_initial_index(300) = 0, &
1259                     dots_crossindex(100) = 0, dots_index(100) = 0
1260               
1261
1262    REAL(wp) ::  cross_ts_uymax(20) = &
1263                             (/ 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1264                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1265                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1266                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp /),&
1267                 cross_ts_uymax_computed(20) = 999.999_wp, &
1268                 cross_ts_uymin(20) = &
1269                             (/ 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,  -5.000_wp, 999.999_wp,   &
1270                                999.999_wp,   0.000_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1271                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1272                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp /),&
1273                 cross_ts_uymin_computed(20) = 999.999_wp
1274
1275    SAVE
1276
1277 END MODULE profil_parameter
1278
1279!------------------------------------------------------------------------------!
1280! Description:
1281! ------------
1282!> Definition of statistical quantities, e.g. global sums.
1283!------------------------------------------------------------------------------!
1284 MODULE statistics
1285
1286    USE kinds
1287
1288    CHARACTER (LEN=40) ::  region(0:9)
1289    INTEGER(iwp) ::  pr_palm = 130, statistic_regions = 0
1290    INTEGER(iwp) ::  u_max_ijk(3) = -1, v_max_ijk(3) = -1, w_max_ijk(3) = -1
1291    LOGICAL ::  flow_statistics_called = .FALSE.
1292    REAL(wp) ::     u_max, v_max, w_max
1293    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE       ::  mean_surface_level_height,      &
1294                                                  sums_divnew_l, sums_divold_l,   &
1295                                                  weight_substep, weight_pres
1296    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE     ::  sums, sums_wsts_bc_l, ts_value, &
1297                                                  sums_wsus_ws_l, sums_wsvs_ws_l, &
1298                                                  sums_us2_ws_l, sums_vs2_ws_l,   &
1299                                                  sums_ws2_ws_l,                  &
1300                                                  sums_wsnrs_ws_l,                &
1301                                                  sums_wspts_ws_l,                &
1302                                                  sums_wssas_ws_l,                &
1303                                                  sums_wsqs_ws_l,                 &
1304                                                  sums_wsqrs_ws_l,                &
1305                                                  sums_ls_l
1306                                             
1307    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE   ::  hom_sum, rmask, sums_l,      &
1308                                                  sums_l_l, sums_up_fraction_l
1309
1310    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), ALLOCATABLE ::  hom
1311
1312    SAVE
1313
1314 END MODULE statistics
1315
1316
1317
1318!------------------------------------------------------------------------------!
1319! Description:
1320! ------------
1321!> Definition of indices for transposed arrays.
1322!------------------------------------------------------------------------------!
1323 MODULE transpose_indices
1324
1325    USE kinds
1326
1327    INTEGER(iwp) ::  nxl_y, nxl_yd, nxl_z, nxr_y, nxr_yd, nxr_z, nyn_x, nyn_z, &
1328                     nys_x, nys_z, nzb_x, nzb_y, nzb_yd, nzt_x, nzt_y, nzt_yd
1329               
1330    SAVE
1331
1332 END MODULE transpose_indices
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.