source: palm/trunk/SOURCE/modules.f90 @ 1816

Last change on this file since 1816 was 1816, checked in by raasch, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 59.9 KB
Line 
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 1997-2015 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! ------------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: modules.f90 1816 2016-04-06 14:11:06Z raasch $
26!
27! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
28! cpp-directive for decalpha removed
29!
30! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
31! MPI module used by default on all machines
32!
33! 1804 2016-04-05 16:30:18Z maronga
34! Removed code for parameter file check (__check)
35!
36! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
37! Added roughness length for moisture (z0q)
38!
39! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
40! module spectrum moved to new separate module
41!
42! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
43! netcdf variables moved to the netcdf-interface module
44!
45! 1779 2016-03-03 08:01:28Z raasch
46! coupling_char extended to LEN=3
47!
48! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
49! some reformatting
50!
51! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
52! +nest_* variables, size of volume_flow arrays increased by one element
53!
54! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
55! +mean_surface_level_height
56!
57! 1695 2015-10-27 10:03:11Z maronga
58! Removed rif (forgotten in last revision)
59!
60! 1693 2015-10-27 08:35:45Z maronga
61! Renamed zp -> z_mo
62!
63! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
64! Renamed Obukhov length. Added ol, removed rif. Increased number of profiles
65! (pr_palm). Changed default values for dissipation_1d to 'detering' and
66! (mixing_length_1d to 'blackadar'. Added most_method. rif_min and rif_max
67! renamed to zeta_min and zeta_max and new values assigned.
68!
69! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
70! Code annotations made doxygen readable
71!
72! 1677 2015-10-02 13:25:23Z boeske
73! +ngp_yz_int, type_xz_int, type_yz_int
74!
75! 1666 2015-09-23 07:31:10Z raasch
76! +user_interface_current_revision, user_interface_required_revision in
77! control_parameters
78!
79! 1639 2015-08-31 14:46:48Z knoop
80! Bugfix: string 'unknown' extended to match LEN=13
81!
82! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
83! +ngp_xz
84!
85! 1560 2015-03-06 10:48:54Z keck
86! +recycling_yshift
87!
88! 1557 2015-03-05 16:43:04Z suehring
89! +monotonic_adjustment
90!
91! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
92! Increased pr_palm to 120. Increased length of dots_unit and dots_label to 13
93! digits. Increased length of domask, do2d, and do3d to 20 digits.
94!
95! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
96! Renamed "radiation" -> "cloud_top_radiation"
97!
98! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
99! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
100!   canopy-model related parameters/variables moved to module
101!   plant_canopy_model_mod
102!
103! 1468 2014-09-24 14:06:57Z maronga
104! Adapted for use on up to 6-digit processor cores.
105! Increased identifier string length for user-defined quantities to 20.
106!
107! 1450 2014-08-21 07:31:51Z heinze
108! ntnudge from 100 to 1000 increased to allow longer simulations
109!
110! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
111! +var_d
112!
113! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
114! +ensemble_member_nr to prepare the random_generator for ensemble runs
115!
116! 1382 2014-04-30 12:15:41Z boeske
117! Renamed variables which store large scale forcing tendencies
118! pt_lsa -> td_lsa_lpt, pt_subs -> td_sub_lpt,
119! q_lsa  -> td_lsa_q,   q_subs  -> td_sub_q
120!
121! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
122! Usage of large scale forcing enabled:
123! increase pr_palm from 90 to 100 to allow for more standard profiles
124! + ngp_sums_ls, pt_lsa, pt_subs, q_lsa, q_subs, tmp_tnudge, sums_ls_l,
125! use_subsidence_tendencies
126!
127! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
128! tend_* removed
129! call_microphysics_at_all_substeps added
130! default of drizzle set to true
131!
132! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
133! particle_attributes moved to mod_particle_attributes.f90
134!
135! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
136! REAL constants provided with KIND-attribute
137!
138! 1327 2014-03-21 11:00:16Z raasch
139! REAL constants defined as wp-kind
140! -avs_output, data_output_format, do3d_compress, iso2d_output, netcdf_output
141!
142! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
143! ONLY-attribute added to USE-statements,
144! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
145! kinds are defined in new module kinds,
146! old module precision_kind is removed,
147! revision history before 2012 removed,
148! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
149! all variable declaration statements
150!
151! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
152! module cpulog moved to new separate module-file
153! interface for cpu_log removed
154!
155! 1314 2014-03-14 18:25:17Z suehring
156! + log_z_z0, number_of_sublayers, z0_av_global
157! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
158! +ntdim_2d_xy, ntdim_2d_xz, ntdim_2d_yz, ntdim_3d
159!
160! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
161! set default values for grid indices of maximum velocity components
162! u|v|w_max_ijk
163!
164! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
165! Usage of nudging enabled
166! +nudging, ntnudge, ptnudge, qnudge, tnudge, unudge, vnudge, wnudge
167! increase pr_palm from 80 to 90 to allow for more standard profiles
168!
169! Enable prescribed time depenend surface fluxes and geostrophic wind read in
170! from external file LSF_DATA
171! +large_scale_forcing, lsf_surf, lsf_vert, nlsf, time_surf, shf_surf, qsws_surf,
172!  pt_surf, q_surf, p_surf, time_vert, ug_vert, vg_vert, wsubs_vert
173!
174! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
175! wall_flags_0 changed to 32bit int, +wall_flags_00,
176! +rflags_s_inner, rflags_invers
177!
178! 1216 2013-08-26 09:31:42Z raasch
179! +transpose_compute_overlap,
180! several variables are now defined in the serial (non-parallel) case also
181!
182! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
183! +tri
184!
185! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
186! +reference_state, ref_state, use_initial_profile_as_reference, vpt_reference,
187! use_reference renamed use_single_reference_value
188!
189! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
190! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
191! +use_cmax
192!
193! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
194! +background_communication, i_left, i_right, j_north, j_south, req, req_count,
195! send_receive, sendrecv_in_background, wait_stat
196!
197! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
198! unused variables removed
199!
200! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
201! +on_device
202!
203! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
204! +tric, nr_timesteps_this_run
205!
206! 1106 2013-03-04 05:31:38Z raasch
207! array_kind renamed precision_kind, pdims defined in serial code
208! bugfix: default value assigned to coupling_start_time
209!
210! 1095 2013-02-03 02:21:01Z raasch
211! FORTRAN error in r1092 removed
212!
213! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
214! character length in some derived type changed for better alignment
215!
216! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
217! + c_sedimentation, limiter_sedimentation, turbulence, a_1, a_2, a_3, b_1, b_2,
218! + b_3, c_1, c_2, c_3, beta_cc
219!
220! bottom boundary condition of qr, nr changed from Dirichlet to Neumann
221!
222! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
223! necessary expansions according to the two new prognostic equations (nr, qr)
224! of the two-moment cloud physics scheme:
225! +*_init, flux_l_*, diss_l_*, flux_s_*, diss_s_*, *sws, *swst, tend_*, *, *_p
226! +t*_m, *_1, *_2, *_3, *_av, bc_*_b, bc_*_t, ibc_*_b, ibc_*_t, bc_*_t_val,
227! +*_vertical_gradient, *_surface_initial_change, *_vertical_gradient_level,
228! +*_vertical_gradient_level_ind, *_surface, constant_waterflux_*, 
229! +cloud_scheme, icloud_scheme, surface_waterflux_*, sums_ws*s_ws_l, wall_*flux
230!
231! constants for the two-moment scheme:
232! +a_vent, a_term, b_vent, b_term, c_evap, c_term, cof, eps_sb, k_cc, k_cr, k_rr,
233! +k_br, kappa_rr, kin_vis_air, mu_constant_value, nc, pirho_l, dpirho_l, rho_1,
234! +schmidt, schmidt_p_1d3, stp, x0, xmin, xmax, dt_precipitation, w_precipitation
235!
236! steering parameters for the two_moment scheme:
237! +mu_constant, ventilation_effect
238!
239! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
240! code put under GPL (PALM 3.9)
241!
242! 1031 2012-10-19 14:35:30Z raasch
243! +output_format_netcdf
244!
245! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
246! +acc_rank, num_acc_per_node,
247! -adjust_mixing_length
248!
249! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
250! pointer free version can be generated with cpp switch __nopointer
251!
252! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
253! -grid_matching, nxa, nya, etc., nnx_pe, nny_pe, spl_*
254!
255! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
256! -asselin_filter_factor, cut_spline_overshoot, dt_changed, last_dt_change,
257! last_dt_change_1d, long_filter_factor, overshoot_limit_*, ups_limit_*
258! several pointer/target arrays converted to normal ones
259!
260! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
261! -use_prior_plot1d_parameters
262!
263! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
264! +c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l,
265! +bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
266! -km_damp_x, km_damp_y, km_damp_max, outflow_damping_width
267! +z0h, z0h_av, z0h_factor, z0h1d
268! +ptdf_x, ptdf_y, pt_damping_width, pt_damping_factor
269!
270! 964 2012-07-26 09:14:24Z raasch
271! -cross_linecolors, cross_linestyles, cross_normalized_x, cross_normx_factor,
272! cross_normalized_y, cross_normy_factor, cross_pnc_local,
273! cross_profile_numbers, cross_profile_number_counter, cross_uxmax,
274! cross_uxmax_computed, cross_uxmax_normalized,
275! cross_uxmax_normalized_computed, cross_uxmin, cross_uxmin_computed,
276! cross_uxmin_normalized, cross_uxmin_normalized_computed, cross_uymax,
277! cross_uymin, cross_xtext, dopr_crossindex, dopr_label, linecolors, linestyles,
278! nz_do1d, profil_output, z_max_do1d, z_max_do1d_normalized
279!
280! 951 2012-07-19 14:22:52Z hoffmann
281! changing profile_columns and profile_rows
282!
283! 940 2012-07-09 14:31:00Z raasch
284! +neutral
285!
286! 927 2012-06-06 19:15:04Z raasch
287! +masking_method
288!
289! 880 2012-04-13 06:28:59Z raasch
290! gathered_size, subdomain_size moved to control_parameters
291!
292! 866 2012-03-28 06:44:41Z raasch
293! interface for global_min_max changed
294!
295! 861 2012-03-26 14:18:34Z suehring
296! +wall_flags_0
297! -boundary_flags
298! +nzb_max
299! +adv_sca_1, +adv_mom_1
300!
301! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
302! +deleted_particles, deleted_tails, tr.._count_sum, tr.._count_recv_sum in
303! particle_attributes,
304! +de_dx, de_dy, de_dz in arrays_3d,
305! first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
306!
307! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
308! +dissipation_classes, radius_classes, use_kernel_tables,
309! particle feature color renamed class
310!
311! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
312! +bfactor, curvature_solution_effects, eps_ros, molecular_weight_of_water,
313! vanthoff, -b_cond in cloud_parameters,
314! dopts_num increased to 29, particle attributes speed_x|y|z_sgs renamed
315! rvar1|2|3
316! wang_collision_kernel and turbulence_effects_on_collision replaced by
317! collision_kernel, hall_kernel, palm_kernel, wang_kernel
318!
319! 809 2012-01-30 13:32:58Z marongas
320! Bugfix: replaced .AND. and .NOT. with && and ! in the preprocessor directives
321!
322! 807 2012-01-25 11:53:51Z maronga
323! New cpp directive "__check" implemented which is used by check_namelist_files.
324! New parameter check_restart has been defined which is needed by
325! check_namelist_files only.
326!
327! 805 2012-01-17 15:53:28Z franke
328! Bugfix collective_wait must be out of parallel branch for runs in serial mode
329!
330! 801 2012-01-10 17:30:36Z suehring
331! Dimesion of sums_wsus_ws_l, ! sums_wsvs_ws_l, sums_us2_ws_l, sums_vs2_ws_l,
332! sums_ws2_ws_l, sums_wspts_ws_l, sums_wsqs_ws_l, sums_wssas_ws_l increased.
333! for thread-safe summation in advec_ws.
334!
335! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
336!
337! Revision 1.95  2007/02/11 13:18:30  raasch
338! version 3.1b (last under RCS control)
339!
340! Revision 1.1  1997/07/24 11:21:26  raasch
341! Initial revision
342!
343!
344!------------------------------------------------------------------------------!
345! Description:
346! ------------
347!> Definition of all variables
348!>
349!> @todo Add description for each variable
350!------------------------------------------------------------------------------!
351
352
353!------------------------------------------------------------------------------!
354! Description:
355! ------------
356!> Definition of variables for special advection schemes.
357!------------------------------------------------------------------------------!
358 MODULE advection
359 
360    USE kinds
361
362    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  aex, bex, dex, eex
363
364    SAVE
365
366 END MODULE advection
367
368
369!------------------------------------------------------------------------------!
370! Description:
371! ------------
372!> Definition of all arrays defined on the computational grid.
373!------------------------------------------------------------------------------!
374 MODULE arrays_3d
375
376    USE kinds
377
378    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::                                     &
379          c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l, ddzu, ddzu_pres,     &
380          dd2zu, dzu, ddzw, dzw, hyp, inflow_damping_factor, l_grid,           &
381          nc_1d, nr_1d, ptdf_x, ptdf_y, p_surf, pt_surf, pt_1d, pt_init,       &
382          qsws_surf, q_1d, q_init, q_surf, qc_1d, qr_1d, rdf, rdf_sc,          & 
383          ref_state, sa_init, shf_surf, timenudge, time_surf, time_vert,       &
384          tmp_tnudge, ug, u_init, u_nzb_p1_for_vfc, vg, v_init,                &
385          v_nzb_p1_for_vfc, w_subs, zu, zw
386
387    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::                                   &
388          c_u, c_v, c_w, diss_s_e, diss_s_nr, diss_s_pt, diss_s_q,             &
389          diss_s_qr, diss_s_sa, diss_s_u, diss_s_v, diss_s_w, dzu_mg, dzw_mg,  &
390          flux_s_e, flux_s_nr, flux_s_pt, flux_s_q, flux_s_qr, flux_s_sa,      &
391          flux_s_u, flux_s_v, flux_s_w, f1_mg, f2_mg, f3_mg,                   &
392          mean_inflow_profiles, nrs, nrsws, nrswst,                            &
393          ol,                                                                  & !< Obukhov length
394          ptnudge, pt_slope_ref,                                               &
395          qnudge, qs, qsws, qswst, qswst_remote, qrs, qrsws, qrswst,           &
396          saswsb, saswst, shf, tnudge, td_lsa_lpt, td_lsa_q, td_sub_lpt,       &
397          td_sub_q, total_2d_a, total_2d_o, ts, tswst, ug_vert, unudge, us,    &
398          usws, uswst, vnudge, vg_vert, vsws, vswst, wnudge, wsubs_vert,       &
399          z0,                                                                  & !< roughness length for momentum
400          z0h,                                                                 & !< roughness length for heat
401          z0q                                                                    !< roughness length for moisture
402
403    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::                                 &
404          d, de_dx, de_dy, de_dz, diss, diss_l_e,                              &
405          diss_l_nr, diss_l_pt, diss_l_q, diss_l_qr, diss_l_sa, diss_l_u,      &
406          diss_l_v, diss_l_w, flux_l_e, flux_l_nr, flux_l_pt, flux_l_q,        &
407          flux_l_qr, flux_l_sa, flux_l_u, flux_l_v, flux_l_w, kh, km,          &
408          l_wall, p_loc, tend, tric,                                           &
409          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,       &
410          w_m_n, w_m_r, w_m_s
411
412#if defined( __nopointer )
413    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
414          e, e_p, nr, nr_p, p, prho, pt, pt_p, q, q_p, qc, ql, ql_c, ql_v,     &
415          ql_vp, qr, qr_p, rho, sa, sa_p, te_m, tnr_m, tpt_m, tq_m, tqr_m,     &
416          tsa_m, tu_m, tv_m, tw_m, u, u_p, v, v_p, vpt, w, w_p
417#else
418    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
419          e_1, e_2, e_3, p, prho_1, nr_1, nr_2, nr_3, pt_1, pt_2, pt_3, q_1,   &
420          q_2, q_3, qc_1, ql_v, ql_vp, ql_1, ql_2, qr_1, qr_2, qr_3, rho_1,    &
421          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
422
423    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::                                     &
424          e, e_p, nr, nr_p, prho, pt, pt_p, q, q_p, qc, ql, ql_c, qr, qr_p,    &
425          rho, sa, sa_p, te_m, tnr_m, tpt_m, tq_m, tqr_m, tsa_m, tu_m, tv_m,   &
426          tw_m, u, u_p, v, v_p, vpt, w, w_p
427#endif
428
429    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), ALLOCATABLE ::  rif_wall, tri
430
431    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE :: var_x, var_y, var_z, gamma_x,   &
432                                           gamma_y, gamma_z
433
434
435    SAVE
436
437 END MODULE arrays_3d
438
439
440!------------------------------------------------------------------------------!
441! Description:
442! ------------
443!> Definition of variables needed for time-averaging of 2d/3d data.
444!------------------------------------------------------------------------------!
445 MODULE averaging
446 
447    USE kinds
448
449    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  lwp_av,                & !< Avg. liquid water path
450                                              precipitation_rate_av, & !< Avg. of precipitation rate
451                                              ol_av,                 & !< Avg. of Obukhov length
452                                              qsws_av,               & !< Avg. of surface moisture flux
453                                              shf_av,                & !< Avg. of surface heat flux
454                                              ts_av,                 & !< Avg. of characteristic temperature scale
455                                              us_av,                 & !< Avg. of friction velocity
456                                              z0_av,                 & !< Avg. of roughness length for momentum
457                                              z0h_av,                & !< Avg. of roughness length for heat
458                                              z0q_av                   !< Avg. of roughness length for moisture
459
460    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
461          e_av, lpt_av, nr_av, p_av, pc_av, pr_av, prr_av, pt_av, q_av, qc_av, &
462          ql_av, ql_c_av, ql_v_av, ql_vp_av, qr_av, qv_av, rho_av, s_av, sa_av,&
463          u_av, v_av, vpt_av, w_av
464 
465 END MODULE averaging
466
467
468!------------------------------------------------------------------------------!
469! Description:
470! ------------
471!> Definition of variables and constants for cloud physics.
472!------------------------------------------------------------------------------!
473 MODULE cloud_parameters
474 
475    USE kinds
476
477    LOGICAL ::  curvature_solution_effects = .FALSE., &
478                limiter_sedimentation = .TRUE., &
479                ventilation_effect = .FALSE.
480               
481
482    REAL(wp) ::  a_1 = 8.69E-4_wp,     & !< coef. in turb. parametrization (cm-2 s3)
483                 a_2 = -7.38E-5_wp,    & !< coef. in turb. parametrization (cm-2 s3)
484                 a_3 = -1.40E-2_wp,    & !< coef. in turb. parametrization
485                 a_term = 9.65_wp,     & !< coef. for terminal velocity (m s-1)
486                 a_vent = 0.78_wp,     & !< coef. for ventilation effect
487                 b_1 = 11.45E-6_wp,    & !< coef. in turb. parametrization (m)
488                 b_2 = 9.68E-6_wp,     & !< coef. in turb. parametrization (m)
489                 b_3 = 0.62_wp,        & !< coef. in turb. parametrization
490                 b_term = 9.8_wp,      & !< coef. for terminal velocity (m s-1)
491                 b_vent = 0.308_wp,    & !< coef. for ventilation effect
492                 beta_cc = 3.09E-4_wp, & !< coef. in turb. parametrization (cm-2 s3)
493                 bfactor,              & !< solution effect on diffusional growth
494                 c_1 = 4.82E-6_wp,     & !< coef. in turb. parametrization (m)
495                 c_2 = 4.8E-6_wp,      & !< coef. in turb. parametrization (m)
496                 c_3 = 0.76_wp,        & !< coef. in turb. parametrization
497                 c_const = 0.93_wp,    & !< const. in Taylor-microscale Reynolds number
498                 c_evap = 0.7_wp,      & !< constant in evaporation
499                 c_sedimentation = 2.0_wp, & !< Courant number of sedimentation process
500                 c_term = 600.0_wp,    & !< coef. for terminal velocity (m-1)
501                 cof(6) = (/ 76.18009172947146_wp,      & !< coefficients in the
502                             -86.50532032941677_wp,     & !< numerical
503                             24.01409824083091_wp,      & !< calculation of the
504                             -1.231739572450155_wp,     & !< gamma function
505                             0.1208650973866179E-2_wp,  &
506                             -0.5395239384953E-5_wp /), &
507                cp = 1005.0_wp,       & !< heat capacity of dry air (J kg-1 K-1)
508                diff_coeff_l = 0.23E-4_wp, & !< diffusivity of water vapor (m2 s-1)
509                effective_coll_efficiency, & !< effective collision efficiency
510                eps_ros = 1.0E-4_wp,  & !< accuracy of Rosenbrock method
511                eps_sb = 1.0E-20_wp,  & !< threshold in two-moments scheme
512                k_cc = 9.44E09_wp,    & !< const. cloud-cloud kernel (m3 kg-2 s-1)
513                k_cr0 = 4.33_wp,      & !< const. cloud-rain kernel (m3 kg-1 s-1)
514                k_rr = 7.12_wp,       & !< const. rain-rain kernel (m3 kg-1 s-1)
515                k_br = 1000._wp,      & !< const. in breakup parametrization (m-1)
516                k_st = 1.2E8_wp,      & !< const. in drizzle parametrization (m-1 s-1)
517                kappa_rr = 60.7_wp,   & !< const. in collision kernel (kg-1/3)
518                kin_vis_air = 1.4086E-5_wp, & !< kin. viscosity of air (m2 s-1)
519                l_v = 2.5E+06_wp,     & !< latent heat of vaporization (J kg-1)
520                l_d_cp, l_d_r, l_d_rv, & !< l_v / cp, l_v / r_d, l_v / r_v
521                mass_of_solute = 1.0E-17_wp, & !< soluted NaCl (kg)
522                molecular_weight_of_solute = 0.05844_wp, & !< mol. m. NaCl (kg mol-1)
523                molecular_weight_of_water = 0.01801528_wp, & !< mol. m. H2O (kg mol-1)
524                nc_const = 70.0E6_wp, & !< cloud droplet concentration
525                prec_time_const = 0.001_wp, & !< coef. in Kessler scheme
526                pirho_l, dpirho_l, & !< pi * rho_l / 6.0; 6.0 / ( pi * rho_l )
527                rho_l = 1.0E3_wp,     & !< density of water (kg m-3)
528                ql_crit = 0.0005_wp,  & !< coef. in Kessler scheme
529                r_d = 287.0_wp,       & !< sp. gas const. dry air (J kg-1 K-1)
530                r_v = 461.51_wp,      & !< sp. gas const. water vapor (J kg-1 K-1)
531                schmidt = 0.71_wp,    & !< Schmidt number
532                schmidt_p_1d3,        & !< schmidt**( 1.0 / 3.0 )
533                sed_qc_const,         & !< const. for sedimentation of cloud water
534                sigma_gc = 1.3_wp,    & !< log-normal geometric standard deviation
535                stp = 2.5066282746310005_wp, & !< parameter in gamma function
536                thermal_conductivity_l = 2.43E-2_wp, & !< therm. cond. air (J m-1 s-1 K-1)
537                vanthoff = 2.0_wp,    & !< van't Hoff factor for NaCl
538                x0 = 2.6E-10_wp,      & !< separating drop mass (kg)
539                xrmin = 2.6E-10_wp,   & !< minimum rain drop size (kg)
540                xrmax = 5.0E-6_wp,    & !< maximum rain drop site (kg)
541                dt_precipitation = 100.0_wp, & !< timestep precipitation (s)
542                w_precipitation = 9.65_wp      !< maximum terminal velocity (m s-1)
543
544    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE     ::  hyrho, pt_d_t, t_d_pt 
545
546    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE   ::  precipitation_amount, &
547                                                precipitation_rate
548!
549!-- 3D array of precipitation rate
550    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  prr
551
552    SAVE
553
554 END MODULE cloud_parameters
555
556
557!------------------------------------------------------------------------------!
558! Description:
559! ------------
560!> Definition of general constants.
561!------------------------------------------------------------------------------!
562 MODULE constants
563 
564    USE kinds
565
566    REAL(wp)  ::  pi = 3.141592654_wp
567    REAL(wp)  ::  adv_mom_1, adv_mom_3, adv_mom_5, adv_sca_1, adv_sca_3, adv_sca_5
568   
569
570    SAVE
571
572 END MODULE constants
573
574 
575!------------------------------------------------------------------------------!
576! Description:
577! ------------
578!> Definition of parameters for program control
579!------------------------------------------------------------------------------!
580 MODULE control_parameters
581
582    USE kinds
583
584    TYPE plot_precision
585       CHARACTER (LEN=8) ::  variable
586       INTEGER(iwp)      ::  precision
587    END TYPE plot_precision
588
589    TYPE(plot_precision), DIMENSION(100) ::  plot_3d_precision =               &
590                        (/ plot_precision( 'u', 2 ), plot_precision( 'v', 2 ), &
591                           plot_precision( 'w', 2 ), plot_precision( 'p', 5 ), &
592                           plot_precision( 'pt', 2 ),                          &
593                           ( plot_precision( ' ', 1 ), i9 = 1,95 ) /)
594
595    TYPE file_status
596       LOGICAL ::  opened, opened_before
597    END TYPE file_status
598   
599    INTEGER, PARAMETER :: mask_xyz_dimension = 100, max_masks = 50
600
601    TYPE(file_status), DIMENSION(200+2*max_masks) ::                &
602                             openfile = file_status(.FALSE.,.FALSE.)
603
604    CHARACTER (LEN=1)    ::  cycle_mg = 'w', timestep_reason = ' '
605    CHARACTER (LEN=3)    ::  coupling_char = ''
606    CHARACTER (LEN=5)    ::  write_binary = 'false'
607    CHARACTER (LEN=8)    ::  most_method = 'lookup', & !< NAMELIST parameter defining method to be used to calculate Okukhov length,
608                             run_date,               & !<
609                             run_time                  !<
610    CHARACTER (LEN=9)    ::  simulated_time_chr
611    CHARACTER (LEN=11)   ::  topography_grid_convention = ' '
612    CHARACTER (LEN=12)   ::  version = ' ', revision = ' ', &
613                             user_interface_current_revision = ' ', &
614                             user_interface_required_revision = ' '
615    CHARACTER (LEN=16)   ::  conserve_volume_flow_mode = 'default', &
616                             loop_optimization = 'default', &
617                             momentum_advec = 'ws-scheme', &
618                             psolver = 'poisfft', &
619                             scalar_advec = 'ws-scheme'
620    CHARACTER (LEN=20)   ::  bc_e_b = 'neumann', bc_lr = 'cyclic', &
621                             bc_ns = 'cyclic', bc_p_b = 'neumann', &
622                             bc_p_t = 'dirichlet', bc_pt_b = 'dirichlet', &
623                             bc_pt_t = 'initial_gradient', &
624                             bc_q_b = 'dirichlet', bc_q_t = 'neumann', &
625                             bc_s_b = 'dirichlet', bc_s_t = 'neumann', &
626                             bc_sa_t = 'neumann', &
627                             bc_uv_b = 'dirichlet', bc_uv_t = 'dirichlet', &
628                             cloud_scheme = 'seifert_beheng', &
629                             coupling_mode = 'uncoupled', &
630                             coupling_mode_remote = 'uncoupled', &
631                             dissipation_1d = 'detering', &
632                             fft_method = 'system-specific', &
633                             mixing_length_1d = 'blackadar', &
634                             random_generator = 'numerical-recipes', &
635                             reference_state = 'initial_profile', &
636                             return_addres, return_username, &
637                             timestep_scheme = 'runge-kutta-3'                             
638    CHARACTER (LEN=40)   ::  avs_data_file, topography = 'flat'
639    CHARACTER (LEN=64)   ::  host = ' '
640    CHARACTER (LEN=80)   ::  log_message, run_identifier
641    CHARACTER (LEN=100)  ::  initializing_actions = ' ' 
642    CHARACTER (LEN=110)  ::  run_description_header
643    CHARACTER (LEN=1000) ::  message_string = ' '
644
645    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(100) ::  data_output = ' ',    &
646                                           data_output_user = ' ', doav = ' '
647    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(max_masks,100) ::  &
648         data_output_masks = ' ', data_output_masks_user = ' '
649
650    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(300) ::  data_output_pr = ' '
651    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(200) ::  data_output_pr_user = ' '
652    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(max_masks,0:1,100) ::  domask = ' '
653    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(0:1,100) ::  do2d = ' ', do3d = ' '
654
655    INTEGER(iwp) ::  abort_mode = 1, average_count_pr = 0, average_count_sp = 0, &
656                     average_count_3d = 0, current_timestep_number = 0, &
657                     coupling_topology = 0, &
658                     dist_range = 0, disturbance_level_ind_b, &
659                     disturbance_level_ind_t, doav_n = 0, dopr_n = 0, &
660                     dopr_time_count = 0, dopts_time_count = 0, &
661                     dosp_time_count = 0, dots_time_count = 0, &
662                     do2d_xy_n = 0, do2d_xz_n = 0, do2d_yz_n = 0, do3d_avs_n = 0, &
663                     dp_level_ind_b = 0, dvrp_filecount = 0, &
664                     dz_stretch_level_index, ensemble_member_nr = 0, gamma_mg, gathered_size, &
665                     grid_level, ibc_e_b, ibc_p_b, ibc_p_t, &
666                     ibc_pt_b, ibc_pt_t, ibc_q_b, ibc_q_t, &
667                     ibc_sa_t, ibc_uv_b, ibc_uv_t, icloud_scheme, &
668                     inflow_disturbance_begin = -1, inflow_disturbance_end = -1, &
669                     intermediate_timestep_count, intermediate_timestep_count_max, &
670                     io_group = 0, io_blocks = 1, iran = -1234567, &
671                     masks = 0, maximum_grid_level, &
672                     maximum_parallel_io_streams = -1, max_pr_user = 0, &
673                     mgcycles = 0, mg_cycles = -1, mg_switch_to_pe0_level = 0, mid, &
674                     nlsf = 1000, ntnudge = 1000, ngsrb = 2, &
675                     nr_timesteps_this_run = 0, &
676                     nsor = 20, nsor_ini = 100, n_sor, normalizing_region = 0, &
677                     nz_do3d = -9999, prt_time_count = 0, &
678                     recycling_plane, runnr = 0, &
679                     skip_do_avs = 0, subdomain_size, terminate_coupled = 0, &
680                     terminate_coupled_remote = 0, timestep_count = 0
681
682    INTEGER(iwp) ::  dist_nxl(0:1), dist_nxr(0:1), dist_nyn(0:1), dist_nys(0:1), &
683                     do2d_no(0:1) = 0, do2d_xy_time_count(0:1), &
684                     do2d_xz_time_count(0:1), do2d_yz_time_count(0:1), &
685                     do3d_no(0:1) = 0, do3d_time_count(0:1), &
686                     domask_no(max_masks,0:1) = 0, domask_time_count(max_masks,0:1),&
687                     mask_size(max_masks,3) = -1, mask_size_l(max_masks,3) = -1, &
688                     mask_start_l(max_masks,3) = -1, &
689                     pt_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
690                     q_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
691                     sa_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
692                     section(100,3), section_xy(100) = -9999, &
693                     section_xz(100) = -9999, section_yz(100) = -9999, &
694                     ug_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
695                     vg_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
696                     subs_vertical_gradient_level_i(10) = -9999
697
698
699    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:1) :: ntdim_2d_xy, ntdim_2d_xz, ntdim_2d_yz, ntdim_3d
700
701    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  grid_level_count
702
703    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE   ::  mask_i, mask_j, mask_k
704    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE   ::  &
705                    mask_i_global, mask_j_global, mask_k_global
706
707    LOGICAL ::  bc_lr_cyc =.TRUE., bc_lr_dirrad = .FALSE., &
708                bc_lr_raddir = .FALSE., bc_ns_cyc = .TRUE., &
709                bc_ns_dirrad = .FALSE., bc_ns_raddir = .FALSE.,&
710                call_microphysics_at_all_substeps = .FALSE., &
711                call_psolver_at_all_substeps = .TRUE., &
712                cloud_droplets = .FALSE., cloud_physics = .FALSE., &
713                cloud_top_radiation = .FALSE., &
714                conserve_volume_flow = .FALSE., constant_diffusion = .FALSE., &
715                constant_flux_layer = .TRUE., &
716                constant_heatflux = .TRUE., constant_top_heatflux = .TRUE., &
717                constant_top_momentumflux = .FALSE., &
718                constant_top_salinityflux = .TRUE., &
719                constant_waterflux = .TRUE., create_disturbances = .TRUE., &
720                data_output_2d_on_each_pe = .TRUE., & 
721                dissipation_control = .FALSE., disturbance_created = .FALSE., &
722                do2d_at_begin = .FALSE., do3d_at_begin = .FALSE., &
723                do_sum = .FALSE., &
724                dp_external = .FALSE., dp_smooth = .FALSE., &
725                drizzle = .TRUE., dt_fixed = .FALSE., &
726                dt_3d_reached, dt_3d_reached_l, exchange_mg = .FALSE., &
727                first_call_lpm = .TRUE., &
728                force_print_header = .FALSE., galilei_transformation = .FALSE.,&
729                humidity = .FALSE., humidity_remote = .FALSE., &
730                inflow_l = .FALSE., inflow_n = .FALSE., &
731                inflow_r = .FALSE., inflow_s = .FALSE., &
732                large_scale_forcing = .FALSE., &
733                large_scale_subsidence = .FALSE., lsf_surf = .TRUE., &
734                lsf_vert = .TRUE., lptnudge = .FALSE., lqnudge = .FALSE., &
735                lunudge = .FALSE., lvnudge = .FALSE., lwnudge = .FALSE., &
736                masking_method = .FALSE., mg_switch_to_pe0 = .FALSE., &
737                monotonic_adjustment = .FALSE.
738    LOGICAL ::  nest_bound_l = .FALSE. !< nested boundary on left side
739    LOGICAL ::  nest_bound_n = .FALSE. !< nested boundary on north side
740    LOGICAL ::  nest_bound_r = .FALSE. !< nested boundary on right side
741    LOGICAL ::  nest_bound_s = .FALSE. !< nested boundary on south side
742    LOGICAL ::  nest_domain  = .FALSE. !< domain is nested into a parent domain
743    LOGICAL ::  neutral = .FALSE., nudging = .FALSE., &
744                ocean = .FALSE., on_device = .FALSE., &
745                outflow_l = .FALSE., outflow_n = .FALSE., outflow_r = .FALSE., &
746                outflow_s = .FALSE., passive_scalar = .FALSE., &
747                precipitation = .FALSE., &
748                random_heatflux = .FALSE., recycling_yshift = .FALSE.,&
749                run_control_header = .FALSE., run_coupled = .TRUE., &
750                scalar_rayleigh_damping = .TRUE., sloping_surface = .FALSE., &
751                stop_dt = .FALSE., synchronous_exchange = .FALSE., &
752                terminate_run = .FALSE., transpose_compute_overlap = .FALSE., &
753                turbulence = .FALSE., turbulent_inflow = .FALSE., &
754                use_cmax = .TRUE., use_initial_profile_as_reference = .FALSE., &
755                use_prescribed_profile_data = .FALSE., &
756                use_single_reference_value = .FALSE., &
757                use_subsidence_tendencies = .FALSE., &
758                use_surface_fluxes = .FALSE., use_top_fluxes = .FALSE., &
759                use_ug_for_galilei_tr = .TRUE., use_upstream_for_tke = .FALSE.,&
760                wall_adjustment = .TRUE., ws_scheme_sca = .FALSE., &
761                ws_scheme_mom = .FALSE.
762
763    LOGICAL ::  data_output_xy(0:1) = .FALSE., data_output_xz(0:1) = .FALSE., &
764                data_output_yz(0:1) = .FALSE.
765
766    REAL(wp) ::  advected_distance_x = 0.0_wp, advected_distance_y = 0.0_wp, &
767                 alpha_surface = 0.0_wp, atmos_ocean_sign = 1.0_wp, &
768                 averaging_interval = 0.0_wp, averaging_interval_pr = 9999999.9_wp, &
769                 averaging_interval_sp = 9999999.9_wp, bc_pt_t_val, bc_q_t_val, &
770                 bottom_salinityflux = 0.0_wp, &
771                 building_height = 50.0_wp, building_length_x = 50.0_wp, &
772                 building_length_y = 50.0_wp, building_wall_left = 9999999.9_wp, &
773                 building_wall_south = 9999999.9_wp, canyon_height = 50.0_wp, &
774                 canyon_width_x = 9999999.9_wp, canyon_width_y = 9999999.9_wp, &
775                 canyon_wall_left = 9999999.9_wp, canyon_wall_south = 9999999.9_wp, &
776                 cfl_factor = -1.0_wp, cos_alpha_surface, &
777                 coupling_start_time = 0.0_wp, disturbance_amplitude = 0.25_wp, &
778                 disturbance_energy_limit = 0.01_wp, &
779                 disturbance_level_b = -9999999.9_wp, &
780                 disturbance_level_t = -9999999.9_wp, &
781                 dp_level_b = 0.0_wp, &
782                 dt = -1.0_wp, dt_averaging_input = 0.0_wp, &
783                 dt_averaging_input_pr = 9999999.9_wp, dt_coupling = 9999999.9_wp, &
784                 dt_data_output = 9999999.9_wp, &
785                 dt_data_output_av = 9999999.9_wp, dt_disturb = 9999999.9_wp, &
786                 dt_dopr = 9999999.9_wp, dt_dopr_listing = 9999999.9_wp, &
787                 dt_dopts = 9999999.9_wp, dt_dosp = 9999999.9_wp, dt_dots = 9999999.9_wp, &
788                 dt_do2d_xy = 9999999.9_wp, dt_do2d_xz = 9999999.9_wp, &
789                 dt_do2d_yz = 9999999.9_wp, dt_do3d = 9999999.9_wp, dt_dvrp = 9999999.9_wp, &
790                 dt_max = 20.0_wp, dt_micro = -1.0_wp, &
791                 dt_restart = 9999999.9_wp, &
792                 dt_run_control = 60.0_wp, dt_3d = -1.0_wp, dz = -1.0_wp, &
793                 dz_max = 9999999.9_wp, dz_stretch_factor = 1.08_wp, &
794                 dz_stretch_level = 100000.0_wp, e_init = 0.0_wp, e_min = 0.0_wp, &
795                 end_time = 0.0_wp, &
796                 f = 0.0_wp, fs = 0.0_wp, g = 9.81_wp, inflow_damping_height = 9999999.9_wp, &
797                 inflow_damping_width = 9999999.9_wp, kappa = 0.4_wp, km_constant = -1.0_wp,&
798                 mask_scale_x = 1.0_wp, mask_scale_y = 1.0_wp, mask_scale_z = 1.0_wp, &
799                 maximum_cpu_time_allowed = 0.0_wp,  &
800                 molecular_viscosity = 1.461E-5_wp, &
801                 old_dt = 1.0E-10_wp, omega = 7.29212E-5_wp, omega_sor = 1.8_wp, &
802                 particle_maximum_age = 9999999.9_wp, &
803                 phi = 55.0_wp, prandtl_number = 1.0_wp, &
804                 precipitation_amount_interval = 9999999.9_wp, prho_reference, &
805                 pt_damping_factor = 0.0_wp, pt_damping_width = 0.0_wp, &
806                 pt_reference = 9999999.9_wp, pt_slope_offset = 0.0_wp, &
807                 pt_surface = 300.0_wp, pt_surface_initial_change = 0.0_wp, &
808                 q_surface = 0.0_wp, q_surface_initial_change = 0.0_wp, &
809                 rayleigh_damping_factor = -1.0_wp, rayleigh_damping_height = -1.0_wp, &
810                 recycling_width = 9999999.9_wp, residual_limit = 1.0E-4_wp, &
811                 restart_time = 9999999.9_wp, rho_reference, rho_surface, &
812                 roughness_length = 0.1_wp, &
813                 sa_surface = 35.0_wp, &
814                 simulated_time = 0.0_wp, simulated_time_at_begin, sin_alpha_surface, &
815                 skip_time_data_output = 0.0_wp, skip_time_data_output_av = 9999999.9_wp,&
816                 skip_time_dopr = 9999999.9_wp, skip_time_dosp = 9999999.9_wp, &
817                 skip_time_do2d_xy = 9999999.9_wp, skip_time_do2d_xz = 9999999.9_wp, &
818                 skip_time_do2d_yz = 9999999.9_wp, skip_time_do3d = 9999999.9_wp, &
819                 surface_heatflux = 9999999.9_wp, surface_pressure = 1013.25_wp, &
820                 surface_scalarflux = 9999999.9_wp, surface_waterflux = 9999999.9_wp, &
821                 s_surface = 0.0_wp, s_surface_initial_change = 0.0_wp, &
822                 termination_time_needed = -1.0_wp, time_coupling = 0.0_wp, &
823                 time_disturb = 0.0_wp, time_dopr = 0.0_wp, time_dopr_av = 0.0_wp, &
824                 time_dopr_listing = 0.0_wp, time_dopts = 0.0_wp, time_dosp = 0.0_wp, &
825                 time_dosp_av = 0.0_wp, time_dots = 0.0_wp, time_do2d_xy = 0.0_wp, &
826                 time_do2d_xz = 0.0_wp, time_do2d_yz = 0.0_wp, time_do3d = 0.0_wp, &
827                 time_do_av = 0.0_wp, time_do_sla = 0.0_wp, time_dvrp = 0.0_wp, &
828                 time_restart = 9999999.9_wp, time_run_control = 0.0_wp,&
829                 time_since_reference_point, top_heatflux = 9999999.9_wp, &
830                 top_momentumflux_u = 9999999.9_wp, &
831                 top_momentumflux_v = 9999999.9_wp, top_salinityflux = 9999999.9_wp, &
832                 ug_surface = 0.0_wp, u_bulk = 0.0_wp, u_gtrans = 0.0_wp, &
833                 vg_surface = 0.0_wp, vpt_reference = 9999999.9_wp, &
834                 v_bulk = 0.0_wp, v_gtrans = 0.0_wp, wall_adjustment_factor = 1.8_wp, &
835                 zeta_max = 20.0_wp,    & !< Maximum value of zeta = z/L
836                 zeta_min = -9990.0_wp, & !< Minimum value of zeta = z/L
837                 z_max_do2d = -1.0_wp, z0h_factor = 1.0_wp
838
839    REAL(wp) ::  do2d_xy_last_time(0:1) = -1.0_wp, do2d_xz_last_time(0:1) = -1.0_wp, &
840                 do2d_yz_last_time(0:1) = -1.0_wp, dpdxy(1:2) = 0.0_wp, &
841                 dt_domask(max_masks) = 9999999.9_wp, &
842                 mask_scale(3), &
843                 pt_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
844                 pt_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
845                 q_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
846                 q_vertical_gradient_level(10) = -1.0_wp, &
847                 s_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
848                 s_vertical_gradient_level(10) = -1.0_wp, &
849                 sa_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
850                 sa_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
851                 skip_time_domask(max_masks) = 9999999.9_wp, threshold(20) = 0.0_wp, &
852                 time_domask(max_masks) = 0.0_wp, &
853                 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 /), &
854                 u_profile(100) = 9999999.9_wp, uv_heights(100) = 9999999.9_wp, &
855                 v_profile(100) = 9999999.9_wp, &
856                 ug_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
857                 ug_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
858                 vg_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
859                 vg_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
860                 volume_flow(1:3) = 0.0_wp, volume_flow_area(1:3) = 0.0_wp, &
861                 volume_flow_initial(1:3) = 0.0_wp, wall_heatflux(0:4) = 0.0_wp, &
862                 wall_humidityflux(0:4) = 0.0_wp, wall_nrflux(0:4) = 0.0_wp, &
863                 wall_qflux(0:4) = 0.0_wp, wall_qrflux(0:4) = 0.0_wp, &
864                 wall_salinityflux(0:4) = 0.0_wp, wall_scalarflux(0:4) = 0.0_wp, &
865                 subs_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
866                 subs_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp
867
868    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  dp_smooth_factor
869
870    REAL(wp), DIMENSION(max_masks,mask_xyz_dimension) :: &
871            mask_x = -1.0_wp, mask_y = -1.0_wp, mask_z = -1.0_wp
872    REAL(wp), DIMENSION(max_masks,3) ::                  &
873            mask_x_loop = -1.0_wp, mask_y_loop = -1.0_wp, mask_z_loop = -1.0_wp
874   
875!
876!--    internal mask arrays ("mask,dimension,selection")
877       REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  mask, mask_loop
878
879    SAVE
880
881 END MODULE control_parameters
882
883
884!------------------------------------------------------------------------------!
885! Description:
886! ------------
887!> Definition of variables used with dvrp-software.
888!------------------------------------------------------------------------------!
889 MODULE dvrp_variables
890
891     USE kinds
892
893    CHARACTER (LEN=10) ::  dvrp_output = 'rtsp', particle_color = 'none', &
894                           particle_dvrpsize = 'none'
895
896    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(10) ::  mode_dvrp = &
897                                     (/ ( '                    ', i9 = 1,10 ) /)
898
899    CHARACTER (LEN=80) ::  dvrp_directory = 'default',                    &
900                           dvrp_file      = 'default',                    &
901                           dvrp_host      = 'origin.rvs.uni-hannover.de', &
902                           dvrp_password  = '********',                   &
903                           dvrp_username  = ' '
904
905    INTEGER(iwp) ::  cluster_size = 1, dvrp_colortable_entries = 4,                 &
906                     dvrp_colortable_entries_prt = 22, islice_dvrp,                 &
907                     nx_dvrp, nxl_dvrp, nxr_dvrp, ny_dvrp, nyn_dvrp, nys_dvrp,      &
908                     nz_dvrp, pathlines_fadeintime = 5, pathlines_fadeouttime = 5,  &
909                     pathlines_linecount = 1000, pathlines_maxhistory = 40,         &
910                     pathlines_wavecount = 10, pathlines_wavetime = 50,             &
911                     vc_gradient_normals = 0, vc_mode = 0, vc_size_x = 2,           &
912                     vc_size_y = 2, vc_size_z = 2
913
914    INTEGER(iwp), DIMENSION(10) ::  slicer_position_dvrp
915
916    LOGICAL ::  cyclic_dvrp = .FALSE., dvrp_overlap, dvrp_total_overlap, &
917                local_dvrserver_running, lock_steering_update = .FALSE., &
918                use_seperate_pe_for_dvrp_output = .FALSE.
919
920    REAL(wp)    ::  clip_dvrp_l = 9999999.9_wp, clip_dvrp_n = 9999999.9_wp, &
921                    clip_dvrp_r = 9999999.9_wp, clip_dvrp_s = 9999999.9_wp, &
922                    superelevation = 1.0_wp, superelevation_x = 1.0_wp,     &
923                    superelevation_y = 1.0_wp, vc_alpha = 38.0_wp
924
925    REAL(wp), DIMENSION(2) ::  color_interval = (/ 0.0_wp, 1.0_wp /), &
926                               dvrpsize_interval = (/ 0.0_wp, 1.0_wp /)
927
928    REAL(wp), DIMENSION(3) ::  groundplate_color = (/ 0.0_wp, 0.6_wp, 0.0_wp /), &
929                               topography_color = (/ 0.8_wp, 0.7_wp, 0.6_wp /)
930
931    REAL(wp), DIMENSION(2,10)     ::  slicer_range_limits_dvrp
932
933    REAL(wp), DIMENSION(3,10)     ::  isosurface_color
934
935    REAL(sp), DIMENSION(2,100) ::  interval_values_dvrp,                       &
936                                   interval_values_dvrp_prt, interval_h_dvrp,  &
937                                   interval_h_dvrp_prt, interval_l_dvrp = 0.5_sp, &
938                                   interval_l_dvrp_prt = 0.5_sp, interval_s_dvrp = 1.0_sp, &
939                                   interval_s_dvrp_prt = 1.0_sp, interval_a_dvrp = 0.0_sp, &
940                                   interval_a_dvrp_prt = 0.0_sp
941
942    DATA  slicer_range_limits_dvrp / -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
943                                     -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
944                                     -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
945                                     -1.0_wp, 1.0_wp /
946
947    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, &
948                             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, &
949                             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, &
950                             0.1_wp, 0.4_wp, 0.1_wp /
951
952    DATA  interval_h_dvrp / 270.0_wp, 225.0_wp, 225.0_wp, 180.0_wp, 70.0_wp, 25.0_wp, &
953                            25.0_wp, -25.0_wp, 192 * 0.0_wp /
954
955    DATA  interval_h_dvrp_prt / 270.0_wp, 225.0_wp, 225.0_wp, 180.0_wp, 70.0_wp, 25.0_wp, &
956                                25.0_wp, -25.0_wp, 192 * 0.0_wp /
957
958    REAL(sp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  xcoor_dvrp, ycoor_dvrp, zcoor_dvrp
959
960    TYPE steering
961       CHARACTER (LEN=24) ::  name
962       REAL(sp)           ::  min, max
963       INTEGER(iwp)       ::  imin, imax
964    END TYPE steering
965
966    TYPE(steering), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  steering_dvrp
967
968    SAVE
969
970 END MODULE dvrp_variables
971
972
973!------------------------------------------------------------------------------!
974! Description:
975! ------------
976!> Definition of grid spacings.
977!------------------------------------------------------------------------------!
978 MODULE grid_variables
979
980    USE kinds
981
982    REAL(wp) ::  ddx, ddx2, dx = 1.0_wp, dx2, ddy, ddy2, dy = 1.0_wp, dy2
983
984    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ddx2_mg, ddy2_mg
985
986    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  fwxm, fwxp, fwym, fwyp, fxm, fxp,   &
987                                              fym, fyp, wall_e_x, wall_e_y,       &
988                                              wall_u, wall_v, wall_w_x, wall_w_y, &
989                                              zu_s_inner, zw_w_inner
990
991    SAVE
992
993 END MODULE grid_variables
994
995
996!------------------------------------------------------------------------------!
997! Description:
998! ------------
999!> Definition of array bounds, number of gridpoints, and wall flag arrays.
1000!------------------------------------------------------------------------------!
1001 MODULE indices
1002
1003    USE kinds
1004
1005    INTEGER(iwp) ::  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp = 3, ngp_sums,         &
1006                     ngp_sums_ls, nnx, nx = 0, nx_a, nx_o, nxl, nxlg, nxlu, nxr,    &
1007                     nxrg, nx_on_file, nny, ny = 0, ny_a, ny_o, nyn, nyng, nys,     &
1008                     nysg, nysv, ny_on_file, nnz, nz = 0, nzb, nzb_diff, nzb_max,   &
1009                     nzt, nzt_diff
1010
1011
1012    INTEGER(idp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::      &
1013                ngp_3d, ngp_3d_inner   ! need to have 64 bit for grids > 2E9
1014
1015    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::                                  &
1016                   ngp_2dh, nxl_mg, nxr_mg, nyn_mg, nys_mg, nzt_mg
1017
1018
1019    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: ngp_2dh_outer, ngp_2dh_s_inner,  &
1020                   mg_loc_ind, nzb_diff_s_inner, nzb_diff_s_outer, nzb_diff_u,    &
1021                   nzb_diff_v, nzb_inner, nzb_outer, nzb_s_inner, nzb_s_outer,    &
1022                   nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzb_v_inner, nzb_v_outer,            &
1023                   nzb_w_inner, nzb_w_outer, nzb_2d
1024
1025    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  flags
1026
1027    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  wall_flags_0, wall_flags_00
1028
1029    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE,  TARGET ::                       &
1030                   wall_flags_1, wall_flags_2, wall_flags_3, wall_flags_4,        &
1031                   wall_flags_5, wall_flags_6, wall_flags_7, wall_flags_8,        &
1032                   wall_flags_9, wall_flags_10
1033
1034    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rflags_s_inner, rflags_invers
1035
1036    SAVE
1037
1038 END MODULE indices
1039
1040
1041!------------------------------------------------------------------------------!
1042! Description:
1043! ------------
1044!> Interfaces for special subroutines which use optional parameters.
1045!------------------------------------------------------------------------------!
1046 MODULE interfaces
1047
1048    INTERFACE
1049
1050!------------------------------------------------------------------------------!
1051! Description:
1052! ------------
1053!> @todo Missing subroutine description.
1054!------------------------------------------------------------------------------!
1055       SUBROUTINE global_min_max ( i1, i2, j1, j2, k1, k2, feld, mode, offset, &
1056                                   wert, wert_ijk, wert1, wert1_ijk )
1057
1058          USE kinds
1059
1060          CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)      ::  mode
1061          INTEGER(iwp), INTENT(IN)           ::  i1, i2, j1, j2, k1, k2
1062          INTEGER(iwp)                       ::  wert_ijk(3)
1063          INTEGER(iwp), OPTIONAL             ::  wert1_ijk(3)
1064          REAL(wp)                           ::  offset, wert
1065          REAL(wp), OPTIONAL                 ::  wert1
1066          REAL(wp), INTENT(IN)               ::  feld(i1:i2,j1:j2,k1:k2)
1067
1068       END SUBROUTINE global_min_max
1069
1070    END INTERFACE
1071
1072    SAVE
1073
1074 END MODULE interfaces
1075
1076
1077!------------------------------------------------------------------------------!
1078! Description:
1079! ------------
1080!> Interfaces for subroutines with pointer arguments called in
1081!> prognostic_equations.
1082!------------------------------------------------------------------------------!
1083 MODULE pointer_interfaces
1084
1085    INTERFACE
1086
1087!------------------------------------------------------------------------------!
1088! Description:
1089! ------------
1090!> @todo Missing subroutine description.
1091!------------------------------------------------------------------------------!
1092       SUBROUTINE advec_s_bc( sk, sk_char )
1093
1094          USE kinds
1095
1096          CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)   ::  sk_char
1097#if defined( __nopointer )
1098          REAL(wp), DIMENSION(:,:,:) ::  sk
1099#else
1100          REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  sk
1101#endif
1102       END SUBROUTINE advec_s_bc
1103
1104    END INTERFACE
1105
1106
1107    SAVE
1108
1109 END MODULE pointer_interfaces
1110
1111
1112!------------------------------------------------------------------------------!
1113! Description:
1114! ------------
1115!> Definition of variables for the 1D-model.
1116!------------------------------------------------------------------------------!
1117 MODULE model_1d
1118
1119    USE kinds
1120
1121    INTEGER(iwp) ::  current_timestep_number_1d = 0, damp_level_ind_1d
1122
1123    LOGICAL ::  run_control_header_1d = .FALSE., stop_dt_1d = .FALSE. 
1124
1125    REAL(wp) ::     damp_level_1d = -1.0_wp, dt_1d = 60.0_wp, dt_max_1d = 300.0_wp, &
1126                    dt_pr_1d = 9999999.9_wp, dt_run_control_1d = 60.0_wp, &
1127                    end_time_1d = 864000.0_wp, old_dt_1d = 1.0E-10_wp, &
1128                    qs1d, simulated_time_1d = 0.0_wp, time_pr_1d = 0.0_wp, &
1129                    time_run_control_1d = 0.0_wp, ts1d, us1d, usws1d, &
1130                    vsws1d, z01d, z0h1d
1131
1132
1133    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  e1d, e1d_p, kh1d, km1d, l_black, l1d,  &
1134                                            rif1d, te_e, te_em, te_u, te_um, te_v, &
1135                                            te_vm, u1d, u1d_p, v1d, v1d_p
1136
1137    SAVE
1138
1139 END MODULE model_1d
1140
1141
1142
1143
1144!------------------------------------------------------------------------------!
1145! Description:
1146! ------------
1147!> Definition of variables which define processor topology and the exchange of
1148!> ghost point layers. This modules must be placed in all routines which contain
1149!> MPI-calls.
1150!------------------------------------------------------------------------------!
1151 MODULE pegrid
1152
1153    USE kinds
1154
1155#if defined( __parallel )
1156#if defined( __mpifh )
1157    INCLUDE "mpif.h"
1158#else
1159    USE MPI
1160#endif
1161#endif
1162    CHARACTER(LEN=2) ::  send_receive = 'al'
1163    CHARACTER(LEN=7) ::  myid_char = ''
1164    INTEGER(iwp)          ::  acc_rank, comm1dx, comm1dy, comm2d, comm_inter,       &
1165                              comm_palm, id_inflow = 0, id_recycling = 0, ierr,     &
1166                              myid = 0, myidx = 0, myidy = 0, ndim = 2, ngp_a,      &
1167                              ngp_o, ngp_xy, ngp_y, npex = -1, npey = -1,           &
1168                              numprocs = 1, numprocs_previous_run = -1,             &
1169                              num_acc_per_node = 0, pleft, pnorth, pright, psouth,  &
1170                              req_count = 0, sendrecvcount_xy, sendrecvcount_yz,    &
1171                              sendrecvcount_zx, sendrecvcount_zyd,                  &
1172                              sendrecvcount_yxd, target_id, tasks_per_node = -9999, &
1173                              threads_per_task = 1, type_x, type_x_int, type_xy,    &
1174                              type_y, type_y_int
1175
1176    INTEGER(iwp)          ::  pdims(2) = 1, req(100)
1177
1178    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hor_index_bounds, &
1179                                                  hor_index_bounds_previous_run
1180
1181    LOGICAL ::  background_communication =.FALSE., collective_wait = .FALSE., &
1182                sendrecv_in_background = .FALSE.
1183
1184#if defined( __parallel )
1185#if defined( __mpi2 )
1186    CHARACTER (LEN=MPI_MAX_PORT_NAME) ::  port_name
1187#endif
1188
1189    INTEGER(iwp) ::  ibuf(12), pcoord(2)
1190    INTEGER(iwp) ::  status(MPI_STATUS_SIZE)
1191    INTEGER(iwp), DIMENSION(MPI_STATUS_SIZE,100) ::  wait_stat
1192
1193    INTEGER(iwp) :: ngp_yz_int, type_xz_int, type_yz_int
1194    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_xz, ngp_yz, type_xz, type_yz
1195
1196    LOGICAL ::  left_border_pe  = .FALSE., north_border_pe = .FALSE., &
1197                reorder = .TRUE., right_border_pe = .FALSE.,          &
1198                south_border_pe = .FALSE.
1199
1200    LOGICAL, DIMENSION(2) ::  cyclic = (/ .TRUE. , .TRUE. /), &
1201                              remain_dims
1202#endif
1203
1204    SAVE
1205
1206 END MODULE pegrid
1207
1208
1209!------------------------------------------------------------------------------!
1210! Description:
1211! ------------
1212!> Definition of variables which control PROFIL-output.
1213!------------------------------------------------------------------------------!
1214 MODULE profil_parameter
1215
1216    USE kinds
1217
1218    INTEGER(iwp), PARAMETER ::  crmax = 100
1219
1220    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(20) ::  cross_ts_profiles = &
1221                           (/ ' E E*               ', ' dt                 ', &
1222                              ' u* w*              ', ' th*                ', &
1223                              ' umax vmax wmax     ', ' div_old div_new    ', &
1224                              ' z_i_wpt z_i_pt     ', ' w"pt"0 w"pt" wpt   ', &
1225                              ' pt(0) pt(zp)       ', ' splux spluy spluz  ', &
1226                              ' L                  ',                         &
1227                            ( '                    ', i9 = 1, 9 ) /)
1228
1229    CHARACTER (LEN=100), DIMENSION(crmax) ::  cross_profiles = &
1230                           (/ ' u v                           ', &
1231                              ' pt                            ', &
1232                              ' w"pt" w*pt* w*pt*BC wpt wptBC ', &
1233                              ' w"u" w*u* wu w"v" w*v* wv     ', &
1234                              ' km kh                         ', &
1235                              ' l                             ', &
1236                         ( '                               ', i9 = 1, 94 ) /)
1237
1238    INTEGER(iwp) ::  profile_columns = 2, profile_rows = 3, profile_number = 0
1239
1240    INTEGER(iwp) ::  cross_ts_numbers(crmax,crmax) = 0, &
1241                     cross_ts_number_count(crmax) = 0, &
1242                     dopr_index(300) = 0, dopr_initial_index(300) = 0, &
1243                     dots_crossindex(100) = 0, dots_index(100) = 0
1244               
1245
1246    REAL(wp) ::  cross_ts_uymax(20) = &
1247                             (/ 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1248                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1249                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1250                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp /),&
1251                 cross_ts_uymax_computed(20) = 999.999_wp, &
1252                 cross_ts_uymin(20) = &
1253                             (/ 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,  -5.000_wp, 999.999_wp,   &
1254                                999.999_wp,   0.000_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1255                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1256                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp /),&
1257                 cross_ts_uymin_computed(20) = 999.999_wp
1258
1259    SAVE
1260
1261 END MODULE profil_parameter
1262
1263!------------------------------------------------------------------------------!
1264! Description:
1265! ------------
1266!> Definition of statistical quantities, e.g. global sums.
1267!------------------------------------------------------------------------------!
1268 MODULE statistics
1269
1270    USE kinds
1271
1272    CHARACTER (LEN=40) ::  region(0:9)
1273    INTEGER(iwp) ::  pr_palm = 130, statistic_regions = 0
1274    INTEGER(iwp) ::  u_max_ijk(3) = -1, v_max_ijk(3) = -1, w_max_ijk(3) = -1
1275    LOGICAL ::  flow_statistics_called = .FALSE.
1276    REAL(wp) ::     u_max, v_max, w_max
1277    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE       ::  mean_surface_level_height,      &
1278                                                  sums_divnew_l, sums_divold_l,   &
1279                                                  var_d, weight_substep,          &
1280                                                  weight_pres
1281    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE     ::  sums, sums_wsts_bc_l, ts_value, &
1282                                                  sums_wsus_ws_l, sums_wsvs_ws_l, &
1283                                                  sums_us2_ws_l, sums_vs2_ws_l,   &
1284                                                  sums_ws2_ws_l,                  &
1285                                                  sums_wsnrs_ws_l,                &
1286                                                  sums_wspts_ws_l,                &
1287                                                  sums_wssas_ws_l,                &
1288                                                  sums_wsqs_ws_l,                 &
1289                                                  sums_wsqrs_ws_l,                &
1290                                                  sums_ls_l
1291                                             
1292    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE   ::  hom_sum, rmask, spectrum_x,     &
1293                                                  spectrum_y, sums_l, sums_l_l,   &
1294                                                  sums_up_fraction_l
1295    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), ALLOCATABLE ::  hom
1296
1297    SAVE
1298
1299 END MODULE statistics
1300
1301
1302
1303!------------------------------------------------------------------------------!
1304! Description:
1305! ------------
1306!> Definition of indices for transposed arrays.
1307!------------------------------------------------------------------------------!
1308 MODULE transpose_indices
1309
1310    USE kinds
1311
1312    INTEGER(iwp) ::  nxl_y, nxl_yd, nxl_z, nxr_y, nxr_yd, nxr_z, nyn_x, nyn_z, &
1313                     nys_x, nys_z, nzb_x, nzb_y, nzb_yd, nzt_x, nzt_y, nzt_yd
1314               
1315    SAVE
1316
1317 END MODULE transpose_indices
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.