source: palm/trunk/SOURCE/modules.f90 @ 1823

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  • Property svn:keywords set to Id
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1!> @file modules.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
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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.
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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.
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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 1823 2016-04-07 08:57:52Z hoffmann $
26!
27! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
28! icloud_scheme removed. microphysics_sat_adjust, microphysics_kessler,
29! microphysics_seifert added.
30!
31! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
32! cpp-directive for decalpha removed
33!
34! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
35! MPI module used by default on all machines
36!
37! 1804 2016-04-05 16:30:18Z maronga
38! Removed code for parameter file check (__check)
39!
40! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
41! Added roughness length for moisture (z0q)
42!
43! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
44! module spectrum moved to new separate module
45!
46! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
47! netcdf variables moved to the netcdf-interface module
48!
49! 1779 2016-03-03 08:01:28Z raasch
50! coupling_char extended to LEN=3
51!
52! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
53! some reformatting
54!
55! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
56! +nest_* variables, size of volume_flow arrays increased by one element
57!
58! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
59! +mean_surface_level_height
60!
61! 1695 2015-10-27 10:03:11Z maronga
62! Removed rif (forgotten in last revision)
63!
64! 1693 2015-10-27 08:35:45Z maronga
65! Renamed zp -> z_mo
66!
67! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
68! Renamed Obukhov length. Added ol, removed rif. Increased number of profiles
69! (pr_palm). Changed default values for dissipation_1d to 'detering' and
70! (mixing_length_1d to 'blackadar'. Added most_method. rif_min and rif_max
71! renamed to zeta_min and zeta_max and new values assigned.
72!
73! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
74! Code annotations made doxygen readable
75!
76! 1677 2015-10-02 13:25:23Z boeske
77! +ngp_yz_int, type_xz_int, type_yz_int
78!
79! 1666 2015-09-23 07:31:10Z raasch
80! +user_interface_current_revision, user_interface_required_revision in
81! control_parameters
82!
83! 1639 2015-08-31 14:46:48Z knoop
84! Bugfix: string 'unknown' extended to match LEN=13
85!
86! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
87! +ngp_xz
88!
89! 1560 2015-03-06 10:48:54Z keck
90! +recycling_yshift
91!
92! 1557 2015-03-05 16:43:04Z suehring
93! +monotonic_adjustment
94!
95! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
96! Increased pr_palm to 120. Increased length of dots_unit and dots_label to 13
97! digits. Increased length of domask, do2d, and do3d to 20 digits.
98!
99! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
100! Renamed "radiation" -> "cloud_top_radiation"
101!
102! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
103! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
104!   canopy-model related parameters/variables moved to module
105!   plant_canopy_model_mod
106!
107! 1468 2014-09-24 14:06:57Z maronga
108! Adapted for use on up to 6-digit processor cores.
109! Increased identifier string length for user-defined quantities to 20.
110!
111! 1450 2014-08-21 07:31:51Z heinze
112! ntnudge from 100 to 1000 increased to allow longer simulations
113!
114! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
115! +var_d
116!
117! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
118! +ensemble_member_nr to prepare the random_generator for ensemble runs
119!
120! 1382 2014-04-30 12:15:41Z boeske
121! Renamed variables which store large scale forcing tendencies
122! pt_lsa -> td_lsa_lpt, pt_subs -> td_sub_lpt,
123! q_lsa  -> td_lsa_q,   q_subs  -> td_sub_q
124!
125! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
126! Usage of large scale forcing enabled:
127! increase pr_palm from 90 to 100 to allow for more standard profiles
128! + ngp_sums_ls, pt_lsa, pt_subs, q_lsa, q_subs, tmp_tnudge, sums_ls_l,
129! use_subsidence_tendencies
130!
131! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
132! tend_* removed
133! call_microphysics_at_all_substeps added
134! default of drizzle set to true
135!
136! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
137! particle_attributes moved to mod_particle_attributes.f90
138!
139! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
140! REAL constants provided with KIND-attribute
141!
142! 1327 2014-03-21 11:00:16Z raasch
143! REAL constants defined as wp-kind
144! -avs_output, data_output_format, do3d_compress, iso2d_output, netcdf_output
145!
146! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
147! ONLY-attribute added to USE-statements,
148! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
149! kinds are defined in new module kinds,
150! old module precision_kind is removed,
151! revision history before 2012 removed,
152! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
153! all variable declaration statements
154!
155! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
156! module cpulog moved to new separate module-file
157! interface for cpu_log removed
158!
159! 1314 2014-03-14 18:25:17Z suehring
160! + log_z_z0, number_of_sublayers, z0_av_global
161! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
162! +ntdim_2d_xy, ntdim_2d_xz, ntdim_2d_yz, ntdim_3d
163!
164! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
165! set default values for grid indices of maximum velocity components
166! u|v|w_max_ijk
167!
168! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
169! Usage of nudging enabled
170! +nudging, ntnudge, ptnudge, qnudge, tnudge, unudge, vnudge, wnudge
171! increase pr_palm from 80 to 90 to allow for more standard profiles
172!
173! Enable prescribed time depenend surface fluxes and geostrophic wind read in
174! from external file LSF_DATA
175! +large_scale_forcing, lsf_surf, lsf_vert, nlsf, time_surf, shf_surf, qsws_surf,
176!  pt_surf, q_surf, p_surf, time_vert, ug_vert, vg_vert, wsubs_vert
177!
178! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
179! wall_flags_0 changed to 32bit int, +wall_flags_00,
180! +rflags_s_inner, rflags_invers
181!
182! 1216 2013-08-26 09:31:42Z raasch
183! +transpose_compute_overlap,
184! several variables are now defined in the serial (non-parallel) case also
185!
186! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
187! +tri
188!
189! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
190! +reference_state, ref_state, use_initial_profile_as_reference, vpt_reference,
191! use_reference renamed use_single_reference_value
192!
193! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
194! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
195! +use_cmax
196!
197! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
198! +background_communication, i_left, i_right, j_north, j_south, req, req_count,
199! send_receive, sendrecv_in_background, wait_stat
200!
201! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
202! unused variables removed
203!
204! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
205! +on_device
206!
207! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
208! +tric, nr_timesteps_this_run
209!
210! 1106 2013-03-04 05:31:38Z raasch
211! array_kind renamed precision_kind, pdims defined in serial code
212! bugfix: default value assigned to coupling_start_time
213!
214! 1095 2013-02-03 02:21:01Z raasch
215! FORTRAN error in r1092 removed
216!
217! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
218! character length in some derived type changed for better alignment
219!
220! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
221! + c_sedimentation, limiter_sedimentation, turbulence, a_1, a_2, a_3, b_1, b_2,
222! + b_3, c_1, c_2, c_3, beta_cc
223!
224! bottom boundary condition of qr, nr changed from Dirichlet to Neumann
225!
226! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
227! necessary expansions according to the two new prognostic equations (nr, qr)
228! of the two-moment cloud physics scheme:
229! +*_init, flux_l_*, diss_l_*, flux_s_*, diss_s_*, *sws, *swst, tend_*, *, *_p
230! +t*_m, *_1, *_2, *_3, *_av, bc_*_b, bc_*_t, ibc_*_b, ibc_*_t, bc_*_t_val,
231! +*_vertical_gradient, *_surface_initial_change, *_vertical_gradient_level,
232! +*_vertical_gradient_level_ind, *_surface, constant_waterflux_*, 
233! +cloud_scheme, icloud_scheme, surface_waterflux_*, sums_ws*s_ws_l, wall_*flux
234!
235! constants for the two-moment scheme:
236! +a_vent, a_term, b_vent, b_term, c_evap, c_term, cof, eps_sb, k_cc, k_cr, k_rr,
237! +k_br, kappa_rr, kin_vis_air, mu_constant_value, nc, pirho_l, dpirho_l, rho_1,
238! +schmidt, schmidt_p_1d3, stp, x0, xmin, xmax, dt_precipitation, w_precipitation
239!
240! steering parameters for the two_moment scheme:
241! +mu_constant, ventilation_effect
242!
243! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
244! code put under GPL (PALM 3.9)
245!
246! 1031 2012-10-19 14:35:30Z raasch
247! +output_format_netcdf
248!
249! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
250! +acc_rank, num_acc_per_node,
251! -adjust_mixing_length
252!
253! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
254! pointer free version can be generated with cpp switch __nopointer
255!
256! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
257! -grid_matching, nxa, nya, etc., nnx_pe, nny_pe, spl_*
258!
259! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
260! -asselin_filter_factor, cut_spline_overshoot, dt_changed, last_dt_change,
261! last_dt_change_1d, long_filter_factor, overshoot_limit_*, ups_limit_*
262! several pointer/target arrays converted to normal ones
263!
264! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
265! -use_prior_plot1d_parameters
266!
267! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
268! +c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l,
269! +bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
270! -km_damp_x, km_damp_y, km_damp_max, outflow_damping_width
271! +z0h, z0h_av, z0h_factor, z0h1d
272! +ptdf_x, ptdf_y, pt_damping_width, pt_damping_factor
273!
274! 964 2012-07-26 09:14:24Z raasch
275! -cross_linecolors, cross_linestyles, cross_normalized_x, cross_normx_factor,
276! cross_normalized_y, cross_normy_factor, cross_pnc_local,
277! cross_profile_numbers, cross_profile_number_counter, cross_uxmax,
278! cross_uxmax_computed, cross_uxmax_normalized,
279! cross_uxmax_normalized_computed, cross_uxmin, cross_uxmin_computed,
280! cross_uxmin_normalized, cross_uxmin_normalized_computed, cross_uymax,
281! cross_uymin, cross_xtext, dopr_crossindex, dopr_label, linecolors, linestyles,
282! nz_do1d, profil_output, z_max_do1d, z_max_do1d_normalized
283!
284! 951 2012-07-19 14:22:52Z hoffmann
285! changing profile_columns and profile_rows
286!
287! 940 2012-07-09 14:31:00Z raasch
288! +neutral
289!
290! 927 2012-06-06 19:15:04Z raasch
291! +masking_method
292!
293! 880 2012-04-13 06:28:59Z raasch
294! gathered_size, subdomain_size moved to control_parameters
295!
296! 866 2012-03-28 06:44:41Z raasch
297! interface for global_min_max changed
298!
299! 861 2012-03-26 14:18:34Z suehring
300! +wall_flags_0
301! -boundary_flags
302! +nzb_max
303! +adv_sca_1, +adv_mom_1
304!
305! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
306! +deleted_particles, deleted_tails, tr.._count_sum, tr.._count_recv_sum in
307! particle_attributes,
308! +de_dx, de_dy, de_dz in arrays_3d,
309! first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
310!
311! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
312! +dissipation_classes, radius_classes, use_kernel_tables,
313! particle feature color renamed class
314!
315! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
316! +bfactor, curvature_solution_effects, eps_ros, molecular_weight_of_water,
317! vanthoff, -b_cond in cloud_parameters,
318! dopts_num increased to 29, particle attributes speed_x|y|z_sgs renamed
319! rvar1|2|3
320! wang_collision_kernel and turbulence_effects_on_collision replaced by
321! collision_kernel, hall_kernel, palm_kernel, wang_kernel
322!
323! 809 2012-01-30 13:32:58Z marongas
324! Bugfix: replaced .AND. and .NOT. with && and ! in the preprocessor directives
325!
326! 807 2012-01-25 11:53:51Z maronga
327! New cpp directive "__check" implemented which is used by check_namelist_files.
328! New parameter check_restart has been defined which is needed by
329! check_namelist_files only.
330!
331! 805 2012-01-17 15:53:28Z franke
332! Bugfix collective_wait must be out of parallel branch for runs in serial mode
333!
334! 801 2012-01-10 17:30:36Z suehring
335! Dimesion of sums_wsus_ws_l, ! sums_wsvs_ws_l, sums_us2_ws_l, sums_vs2_ws_l,
336! sums_ws2_ws_l, sums_wspts_ws_l, sums_wsqs_ws_l, sums_wssas_ws_l increased.
337! for thread-safe summation in advec_ws.
338!
339! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
340!
341! Revision 1.95  2007/02/11 13:18:30  raasch
342! version 3.1b (last under RCS control)
343!
344! Revision 1.1  1997/07/24 11:21:26  raasch
345! Initial revision
346!
347!
348!------------------------------------------------------------------------------!
349! Description:
350! ------------
351!> Definition of all variables
352!>
353!> @todo Add description for each variable
354!------------------------------------------------------------------------------!
355
356
357!------------------------------------------------------------------------------!
358! Description:
359! ------------
360!> Definition of variables for special advection schemes.
361!------------------------------------------------------------------------------!
362 MODULE advection
363 
364    USE kinds
365
366    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  aex, bex, dex, eex
367
368    SAVE
369
370 END MODULE advection
371
372
373!------------------------------------------------------------------------------!
374! Description:
375! ------------
376!> Definition of all arrays defined on the computational grid.
377!------------------------------------------------------------------------------!
378 MODULE arrays_3d
379
380    USE kinds
381
382    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::                                     &
383          c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l, ddzu, ddzu_pres,     &
384          dd2zu, dzu, ddzw, dzw, hyp, inflow_damping_factor, l_grid,           &
385          nc_1d, nr_1d, ptdf_x, ptdf_y, p_surf, pt_surf, pt_1d, pt_init,       &
386          qsws_surf, q_1d, q_init, q_surf, qc_1d, qr_1d, rdf, rdf_sc,          & 
387          ref_state, sa_init, shf_surf, timenudge, time_surf, time_vert,       &
388          tmp_tnudge, ug, u_init, u_nzb_p1_for_vfc, vg, v_init,                &
389          v_nzb_p1_for_vfc, w_subs, zu, zw
390
391    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::                                   &
392          c_u, c_v, c_w, diss_s_e, diss_s_nr, diss_s_pt, diss_s_q,             &
393          diss_s_qr, diss_s_sa, diss_s_u, diss_s_v, diss_s_w, dzu_mg, dzw_mg,  &
394          flux_s_e, flux_s_nr, flux_s_pt, flux_s_q, flux_s_qr, flux_s_sa,      &
395          flux_s_u, flux_s_v, flux_s_w, f1_mg, f2_mg, f3_mg,                   &
396          mean_inflow_profiles, nrs, nrsws, nrswst,                            &
397          ol,                                                                  & !< Obukhov length
398          ptnudge, pt_slope_ref,                                               &
399          qnudge, qs, qsws, qswst, qswst_remote, qrs, qrsws, qrswst,           &
400          saswsb, saswst, shf, tnudge, td_lsa_lpt, td_lsa_q, td_sub_lpt,       &
401          td_sub_q, total_2d_a, total_2d_o, ts, tswst, ug_vert, unudge, us,    &
402          usws, uswst, vnudge, vg_vert, vsws, vswst, wnudge, wsubs_vert,       &
403          z0,                                                                  & !< roughness length for momentum
404          z0h,                                                                 & !< roughness length for heat
405          z0q                                                                    !< roughness length for moisture
406
407    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::                                 &
408          d, de_dx, de_dy, de_dz, diss, diss_l_e,                              &
409          diss_l_nr, diss_l_pt, diss_l_q, diss_l_qr, diss_l_sa, diss_l_u,      &
410          diss_l_v, diss_l_w, flux_l_e, flux_l_nr, flux_l_pt, flux_l_q,        &
411          flux_l_qr, flux_l_sa, flux_l_u, flux_l_v, flux_l_w, kh, km,          &
412          l_wall, p_loc, tend, tric,                                           &
413          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,       &
414          w_m_n, w_m_r, w_m_s
415
416#if defined( __nopointer )
417    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
418          e, e_p, nr, nr_p, p, prho, pt, pt_p, q, q_p, qc, ql, ql_c, ql_v,     &
419          ql_vp, qr, qr_p, rho, sa, sa_p, te_m, tnr_m, tpt_m, tq_m, tqr_m,     &
420          tsa_m, tu_m, tv_m, tw_m, u, u_p, v, v_p, vpt, w, w_p
421#else
422    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
423          e_1, e_2, e_3, p, prho_1, nr_1, nr_2, nr_3, pt_1, pt_2, pt_3, q_1,   &
424          q_2, q_3, qc_1, ql_v, ql_vp, ql_1, ql_2, qr_1, qr_2, qr_3, rho_1,    &
425          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
426
427    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::                                     &
428          e, e_p, nr, nr_p, prho, pt, pt_p, q, q_p, qc, ql, ql_c, qr, qr_p,    &
429          rho, sa, sa_p, te_m, tnr_m, tpt_m, tq_m, tqr_m, tsa_m, tu_m, tv_m,   &
430          tw_m, u, u_p, v, v_p, vpt, w, w_p
431#endif
432
433    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), ALLOCATABLE ::  rif_wall, tri
434
435    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE :: var_x, var_y, var_z, gamma_x,   &
436                                           gamma_y, gamma_z
437
438
439    SAVE
440
441 END MODULE arrays_3d
442
443
444!------------------------------------------------------------------------------!
445! Description:
446! ------------
447!> Definition of variables needed for time-averaging of 2d/3d data.
448!------------------------------------------------------------------------------!
449 MODULE averaging
450 
451    USE kinds
452
453    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  lwp_av,                & !< Avg. liquid water path
454                                              precipitation_rate_av, & !< Avg. of precipitation rate
455                                              ol_av,                 & !< Avg. of Obukhov length
456                                              qsws_av,               & !< Avg. of surface moisture flux
457                                              shf_av,                & !< Avg. of surface heat flux
458                                              ts_av,                 & !< Avg. of characteristic temperature scale
459                                              us_av,                 & !< Avg. of friction velocity
460                                              z0_av,                 & !< Avg. of roughness length for momentum
461                                              z0h_av,                & !< Avg. of roughness length for heat
462                                              z0q_av                   !< Avg. of roughness length for moisture
463
464    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
465          e_av, lpt_av, nr_av, p_av, pc_av, pr_av, prr_av, pt_av, q_av, qc_av, &
466          ql_av, ql_c_av, ql_v_av, ql_vp_av, qr_av, qv_av, rho_av, s_av, sa_av,&
467          u_av, v_av, vpt_av, w_av
468 
469 END MODULE averaging
470
471
472!------------------------------------------------------------------------------!
473! Description:
474! ------------
475!> Definition of variables and constants for cloud physics.
476!------------------------------------------------------------------------------!
477 MODULE cloud_parameters
478 
479    USE kinds
480
481    LOGICAL ::  curvature_solution_effects = .FALSE., &
482                limiter_sedimentation = .TRUE., &
483                ventilation_effect = .FALSE.
484               
485
486    REAL(wp) ::  a_1 = 8.69E-4_wp,     & !< coef. in turb. parametrization (cm-2 s3)
487                 a_2 = -7.38E-5_wp,    & !< coef. in turb. parametrization (cm-2 s3)
488                 a_3 = -1.40E-2_wp,    & !< coef. in turb. parametrization
489                 a_term = 9.65_wp,     & !< coef. for terminal velocity (m s-1)
490                 a_vent = 0.78_wp,     & !< coef. for ventilation effect
491                 b_1 = 11.45E-6_wp,    & !< coef. in turb. parametrization (m)
492                 b_2 = 9.68E-6_wp,     & !< coef. in turb. parametrization (m)
493                 b_3 = 0.62_wp,        & !< coef. in turb. parametrization
494                 b_term = 9.8_wp,      & !< coef. for terminal velocity (m s-1)
495                 b_vent = 0.308_wp,    & !< coef. for ventilation effect
496                 beta_cc = 3.09E-4_wp, & !< coef. in turb. parametrization (cm-2 s3)
497                 bfactor,              & !< solution effect on diffusional growth
498                 c_1 = 4.82E-6_wp,     & !< coef. in turb. parametrization (m)
499                 c_2 = 4.8E-6_wp,      & !< coef. in turb. parametrization (m)
500                 c_3 = 0.76_wp,        & !< coef. in turb. parametrization
501                 c_const = 0.93_wp,    & !< const. in Taylor-microscale Reynolds number
502                 c_evap = 0.7_wp,      & !< constant in evaporation
503                 c_sedimentation = 2.0_wp, & !< Courant number of sedimentation process
504                 c_term = 600.0_wp,    & !< coef. for terminal velocity (m-1)
505                 cof(6) = (/ 76.18009172947146_wp,      & !< coefficients in the
506                             -86.50532032941677_wp,     & !< numerical
507                             24.01409824083091_wp,      & !< calculation of the
508                             -1.231739572450155_wp,     & !< gamma function
509                             0.1208650973866179E-2_wp,  &
510                             -0.5395239384953E-5_wp /), &
511                cp = 1005.0_wp,       & !< heat capacity of dry air (J kg-1 K-1)
512                diff_coeff_l = 0.23E-4_wp, & !< diffusivity of water vapor (m2 s-1)
513                effective_coll_efficiency, & !< effective collision efficiency
514                eps_ros = 1.0E-4_wp,  & !< accuracy of Rosenbrock method
515                eps_sb = 1.0E-20_wp,  & !< threshold in two-moments scheme
516                k_cc = 9.44E09_wp,    & !< const. cloud-cloud kernel (m3 kg-2 s-1)
517                k_cr0 = 4.33_wp,      & !< const. cloud-rain kernel (m3 kg-1 s-1)
518                k_rr = 7.12_wp,       & !< const. rain-rain kernel (m3 kg-1 s-1)
519                k_br = 1000._wp,      & !< const. in breakup parametrization (m-1)
520                k_st = 1.2E8_wp,      & !< const. in drizzle parametrization (m-1 s-1)
521                kappa_rr = 60.7_wp,   & !< const. in collision kernel (kg-1/3)
522                kin_vis_air = 1.4086E-5_wp, & !< kin. viscosity of air (m2 s-1)
523                l_v = 2.5E+06_wp,     & !< latent heat of vaporization (J kg-1)
524                l_d_cp, l_d_r, l_d_rv, & !< l_v / cp, l_v / r_d, l_v / r_v
525                mass_of_solute = 1.0E-17_wp, & !< soluted NaCl (kg)
526                molecular_weight_of_solute = 0.05844_wp, & !< mol. m. NaCl (kg mol-1)
527                molecular_weight_of_water = 0.01801528_wp, & !< mol. m. H2O (kg mol-1)
528                nc_const = 70.0E6_wp, & !< cloud droplet concentration
529                prec_time_const = 0.001_wp, & !< coef. in Kessler scheme
530                pirho_l, dpirho_l, & !< pi * rho_l / 6.0; 6.0 / ( pi * rho_l )
531                rho_l = 1.0E3_wp,     & !< density of water (kg m-3)
532                ql_crit = 0.0005_wp,  & !< coef. in Kessler scheme
533                r_d = 287.0_wp,       & !< sp. gas const. dry air (J kg-1 K-1)
534                r_v = 461.51_wp,      & !< sp. gas const. water vapor (J kg-1 K-1)
535                schmidt = 0.71_wp,    & !< Schmidt number
536                schmidt_p_1d3,        & !< schmidt**( 1.0 / 3.0 )
537                sed_qc_const,         & !< const. for sedimentation of cloud water
538                sigma_gc = 1.3_wp,    & !< log-normal geometric standard deviation
539                stp = 2.5066282746310005_wp, & !< parameter in gamma function
540                thermal_conductivity_l = 2.43E-2_wp, & !< therm. cond. air (J m-1 s-1 K-1)
541                vanthoff = 2.0_wp,    & !< van't Hoff factor for NaCl
542                x0 = 2.6E-10_wp,      & !< separating drop mass (kg)
543                xrmin = 2.6E-10_wp,   & !< minimum rain drop size (kg)
544                xrmax = 5.0E-6_wp,    & !< maximum rain drop site (kg)
545                dt_precipitation = 100.0_wp, & !< timestep precipitation (s)
546                w_precipitation = 9.65_wp      !< maximum terminal velocity (m s-1)
547
548    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE     ::  hyrho, pt_d_t, t_d_pt 
549
550    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE   ::  precipitation_amount, &
551                                                precipitation_rate
552!
553!-- 3D array of precipitation rate
554    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  prr
555
556    SAVE
557
558 END MODULE cloud_parameters
559
560
561!------------------------------------------------------------------------------!
562! Description:
563! ------------
564!> Definition of general constants.
565!------------------------------------------------------------------------------!
566 MODULE constants
567 
568    USE kinds
569
570    REAL(wp)  ::  pi = 3.141592654_wp
571    REAL(wp)  ::  adv_mom_1, adv_mom_3, adv_mom_5, adv_sca_1, adv_sca_3, adv_sca_5
572   
573
574    SAVE
575
576 END MODULE constants
577
578 
579!------------------------------------------------------------------------------!
580! Description:
581! ------------
582!> Definition of parameters for program control
583!------------------------------------------------------------------------------!
584 MODULE control_parameters
585
586    USE kinds
587
588    TYPE plot_precision
589       CHARACTER (LEN=8) ::  variable
590       INTEGER(iwp)      ::  precision
591    END TYPE plot_precision
592
593    TYPE(plot_precision), DIMENSION(100) ::  plot_3d_precision =               &
594                        (/ plot_precision( 'u', 2 ), plot_precision( 'v', 2 ), &
595                           plot_precision( 'w', 2 ), plot_precision( 'p', 5 ), &
596                           plot_precision( 'pt', 2 ),                          &
597                           ( plot_precision( ' ', 1 ), i9 = 1,95 ) /)
598
599    TYPE file_status
600       LOGICAL ::  opened, opened_before
601    END TYPE file_status
602   
603    INTEGER, PARAMETER :: mask_xyz_dimension = 100, max_masks = 50
604
605    TYPE(file_status), DIMENSION(200+2*max_masks) ::                &
606                             openfile = file_status(.FALSE.,.FALSE.)
607
608    CHARACTER (LEN=1)    ::  cycle_mg = 'w', timestep_reason = ' '
609    CHARACTER (LEN=3)    ::  coupling_char = ''
610    CHARACTER (LEN=5)    ::  write_binary = 'false'
611    CHARACTER (LEN=8)    ::  most_method = 'lookup', & !< NAMELIST parameter defining method to be used to calculate Okukhov length,
612                             run_date,               & !<
613                             run_time                  !<
614    CHARACTER (LEN=9)    ::  simulated_time_chr
615    CHARACTER (LEN=11)   ::  topography_grid_convention = ' '
616    CHARACTER (LEN=12)   ::  version = ' ', revision = ' ', &
617                             user_interface_current_revision = ' ', &
618                             user_interface_required_revision = ' '
619    CHARACTER (LEN=16)   ::  conserve_volume_flow_mode = 'default', &
620                             loop_optimization = 'default', &
621                             momentum_advec = 'ws-scheme', &
622                             psolver = 'poisfft', &
623                             scalar_advec = 'ws-scheme'
624    CHARACTER (LEN=20)   ::  bc_e_b = 'neumann', bc_lr = 'cyclic', &
625                             bc_ns = 'cyclic', bc_p_b = 'neumann', &
626                             bc_p_t = 'dirichlet', bc_pt_b = 'dirichlet', &
627                             bc_pt_t = 'initial_gradient', &
628                             bc_q_b = 'dirichlet', bc_q_t = 'neumann', &
629                             bc_s_b = 'dirichlet', bc_s_t = 'neumann', &
630                             bc_sa_t = 'neumann', &
631                             bc_uv_b = 'dirichlet', bc_uv_t = 'dirichlet', &
632                             cloud_scheme = 'saturation_adjust', &
633                             coupling_mode = 'uncoupled', &
634                             coupling_mode_remote = 'uncoupled', &
635                             dissipation_1d = 'detering', &
636                             fft_method = 'system-specific', &
637                             mixing_length_1d = 'blackadar', &
638                             random_generator = 'numerical-recipes', &
639                             reference_state = 'initial_profile', &
640                             return_addres, return_username, &
641                             timestep_scheme = 'runge-kutta-3'                             
642    CHARACTER (LEN=40)   ::  avs_data_file, topography = 'flat'
643    CHARACTER (LEN=64)   ::  host = ' '
644    CHARACTER (LEN=80)   ::  log_message, run_identifier
645    CHARACTER (LEN=100)  ::  initializing_actions = ' ' 
646    CHARACTER (LEN=110)  ::  run_description_header
647    CHARACTER (LEN=1000) ::  message_string = ' '
648
649    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(100) ::  data_output = ' ',    &
650                                           data_output_user = ' ', doav = ' '
651    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(max_masks,100) ::  &
652         data_output_masks = ' ', data_output_masks_user = ' '
653
654    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(300) ::  data_output_pr = ' '
655    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(200) ::  data_output_pr_user = ' '
656    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(max_masks,0:1,100) ::  domask = ' '
657    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(0:1,100) ::  do2d = ' ', do3d = ' '
658
659    INTEGER(iwp) ::  abort_mode = 1, average_count_pr = 0, average_count_sp = 0, &
660                     average_count_3d = 0, current_timestep_number = 0, &
661                     coupling_topology = 0, &
662                     dist_range = 0, disturbance_level_ind_b, &
663                     disturbance_level_ind_t, doav_n = 0, dopr_n = 0, &
664                     dopr_time_count = 0, dopts_time_count = 0, &
665                     dosp_time_count = 0, dots_time_count = 0, &
666                     do2d_xy_n = 0, do2d_xz_n = 0, do2d_yz_n = 0, do3d_avs_n = 0, &
667                     dp_level_ind_b = 0, dvrp_filecount = 0, &
668                     dz_stretch_level_index, ensemble_member_nr = 0, gamma_mg, gathered_size, &
669                     grid_level, ibc_e_b, ibc_p_b, ibc_p_t, &
670                     ibc_pt_b, ibc_pt_t, ibc_q_b, ibc_q_t, &
671                     ibc_sa_t, ibc_uv_b, ibc_uv_t, &
672                     inflow_disturbance_begin = -1, inflow_disturbance_end = -1, &
673                     intermediate_timestep_count, intermediate_timestep_count_max, &
674                     io_group = 0, io_blocks = 1, iran = -1234567, &
675                     masks = 0, maximum_grid_level, &
676                     maximum_parallel_io_streams = -1, max_pr_user = 0, &
677                     mgcycles = 0, mg_cycles = -1, mg_switch_to_pe0_level = 0, mid, &
678                     nlsf = 1000, ntnudge = 1000, ngsrb = 2, &
679                     nr_timesteps_this_run = 0, &
680                     nsor = 20, nsor_ini = 100, n_sor, normalizing_region = 0, &
681                     nz_do3d = -9999, prt_time_count = 0, &
682                     recycling_plane, runnr = 0, &
683                     skip_do_avs = 0, subdomain_size, terminate_coupled = 0, &
684                     terminate_coupled_remote = 0, timestep_count = 0
685
686    INTEGER(iwp) ::  dist_nxl(0:1), dist_nxr(0:1), dist_nyn(0:1), dist_nys(0:1), &
687                     do2d_no(0:1) = 0, do2d_xy_time_count(0:1), &
688                     do2d_xz_time_count(0:1), do2d_yz_time_count(0:1), &
689                     do3d_no(0:1) = 0, do3d_time_count(0:1), &
690                     domask_no(max_masks,0:1) = 0, domask_time_count(max_masks,0:1),&
691                     mask_size(max_masks,3) = -1, mask_size_l(max_masks,3) = -1, &
692                     mask_start_l(max_masks,3) = -1, &
693                     pt_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
694                     q_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
695                     sa_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
696                     section(100,3), section_xy(100) = -9999, &
697                     section_xz(100) = -9999, section_yz(100) = -9999, &
698                     ug_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
699                     vg_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
700                     subs_vertical_gradient_level_i(10) = -9999
701
702
703    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:1) :: ntdim_2d_xy, ntdim_2d_xz, ntdim_2d_yz, ntdim_3d
704
705    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  grid_level_count
706
707    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE   ::  mask_i, mask_j, mask_k
708    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE   ::  &
709                    mask_i_global, mask_j_global, mask_k_global
710
711    LOGICAL ::  bc_lr_cyc =.TRUE., bc_lr_dirrad = .FALSE., &
712                bc_lr_raddir = .FALSE., bc_ns_cyc = .TRUE., &
713                bc_ns_dirrad = .FALSE., bc_ns_raddir = .FALSE.,&
714                call_microphysics_at_all_substeps = .FALSE., &
715                call_psolver_at_all_substeps = .TRUE., &
716                cloud_droplets = .FALSE., cloud_physics = .FALSE., &
717                cloud_top_radiation = .FALSE., &
718                conserve_volume_flow = .FALSE., constant_diffusion = .FALSE., &
719                constant_flux_layer = .TRUE., &
720                constant_heatflux = .TRUE., constant_top_heatflux = .TRUE., &
721                constant_top_momentumflux = .FALSE., &
722                constant_top_salinityflux = .TRUE., &
723                constant_waterflux = .TRUE., create_disturbances = .TRUE., &
724                data_output_2d_on_each_pe = .TRUE., & 
725                dissipation_control = .FALSE., disturbance_created = .FALSE., &
726                do2d_at_begin = .FALSE., do3d_at_begin = .FALSE., &
727                do_sum = .FALSE., &
728                dp_external = .FALSE., dp_smooth = .FALSE., &
729                drizzle = .TRUE., dt_fixed = .FALSE., &
730                dt_3d_reached, dt_3d_reached_l, exchange_mg = .FALSE., &
731                first_call_lpm = .TRUE., &
732                force_print_header = .FALSE., galilei_transformation = .FALSE.,&
733                humidity = .FALSE., humidity_remote = .FALSE., &
734                inflow_l = .FALSE., inflow_n = .FALSE., &
735                inflow_r = .FALSE., inflow_s = .FALSE., &
736                large_scale_forcing = .FALSE., &
737                large_scale_subsidence = .FALSE., lsf_surf = .TRUE., &
738                lsf_vert = .TRUE., lptnudge = .FALSE., lqnudge = .FALSE., &
739                lunudge = .FALSE., lvnudge = .FALSE., lwnudge = .FALSE., &
740                masking_method = .FALSE., &
741                microphysics_sat_adjust = .FALSE., &
742                microphysics_kessler = .FALSE., &
743                microphysics_seifert = .FALSE., &
744                mg_switch_to_pe0 = .FALSE., &
745                monotonic_adjustment = .FALSE.
746    LOGICAL ::  nest_bound_l = .FALSE. !< nested boundary on left side
747    LOGICAL ::  nest_bound_n = .FALSE. !< nested boundary on north side
748    LOGICAL ::  nest_bound_r = .FALSE. !< nested boundary on right side
749    LOGICAL ::  nest_bound_s = .FALSE. !< nested boundary on south side
750    LOGICAL ::  nest_domain  = .FALSE. !< domain is nested into a parent domain
751    LOGICAL ::  neutral = .FALSE., nudging = .FALSE., &
752                ocean = .FALSE., on_device = .FALSE., &
753                outflow_l = .FALSE., outflow_n = .FALSE., outflow_r = .FALSE., &
754                outflow_s = .FALSE., passive_scalar = .FALSE., &
755                precipitation = .FALSE., &
756                random_heatflux = .FALSE., recycling_yshift = .FALSE.,&
757                run_control_header = .FALSE., run_coupled = .TRUE., &
758                scalar_rayleigh_damping = .TRUE., sloping_surface = .FALSE., &
759                stop_dt = .FALSE., synchronous_exchange = .FALSE., &
760                terminate_run = .FALSE., transpose_compute_overlap = .FALSE., &
761                turbulence = .FALSE., turbulent_inflow = .FALSE., &
762                use_cmax = .TRUE., use_initial_profile_as_reference = .FALSE., &
763                use_prescribed_profile_data = .FALSE., &
764                use_single_reference_value = .FALSE., &
765                use_subsidence_tendencies = .FALSE., &
766                use_surface_fluxes = .FALSE., use_top_fluxes = .FALSE., &
767                use_ug_for_galilei_tr = .TRUE., use_upstream_for_tke = .FALSE.,&
768                wall_adjustment = .TRUE., ws_scheme_sca = .FALSE., &
769                ws_scheme_mom = .FALSE.
770
771    LOGICAL ::  data_output_xy(0:1) = .FALSE., data_output_xz(0:1) = .FALSE., &
772                data_output_yz(0:1) = .FALSE.
773
774    REAL(wp) ::  advected_distance_x = 0.0_wp, advected_distance_y = 0.0_wp, &
775                 alpha_surface = 0.0_wp, atmos_ocean_sign = 1.0_wp, &
776                 averaging_interval = 0.0_wp, averaging_interval_pr = 9999999.9_wp, &
777                 averaging_interval_sp = 9999999.9_wp, bc_pt_t_val, bc_q_t_val, &
778                 bottom_salinityflux = 0.0_wp, &
779                 building_height = 50.0_wp, building_length_x = 50.0_wp, &
780                 building_length_y = 50.0_wp, building_wall_left = 9999999.9_wp, &
781                 building_wall_south = 9999999.9_wp, canyon_height = 50.0_wp, &
782                 canyon_width_x = 9999999.9_wp, canyon_width_y = 9999999.9_wp, &
783                 canyon_wall_left = 9999999.9_wp, canyon_wall_south = 9999999.9_wp, &
784                 cfl_factor = -1.0_wp, cos_alpha_surface, &
785                 coupling_start_time = 0.0_wp, disturbance_amplitude = 0.25_wp, &
786                 disturbance_energy_limit = 0.01_wp, &
787                 disturbance_level_b = -9999999.9_wp, &
788                 disturbance_level_t = -9999999.9_wp, &
789                 dp_level_b = 0.0_wp, &
790                 dt = -1.0_wp, dt_averaging_input = 0.0_wp, &
791                 dt_averaging_input_pr = 9999999.9_wp, dt_coupling = 9999999.9_wp, &
792                 dt_data_output = 9999999.9_wp, &
793                 dt_data_output_av = 9999999.9_wp, dt_disturb = 9999999.9_wp, &
794                 dt_dopr = 9999999.9_wp, dt_dopr_listing = 9999999.9_wp, &
795                 dt_dopts = 9999999.9_wp, dt_dosp = 9999999.9_wp, dt_dots = 9999999.9_wp, &
796                 dt_do2d_xy = 9999999.9_wp, dt_do2d_xz = 9999999.9_wp, &
797                 dt_do2d_yz = 9999999.9_wp, dt_do3d = 9999999.9_wp, dt_dvrp = 9999999.9_wp, &
798                 dt_max = 20.0_wp, dt_micro = -1.0_wp, &
799                 dt_restart = 9999999.9_wp, &
800                 dt_run_control = 60.0_wp, dt_3d = -1.0_wp, dz = -1.0_wp, &
801                 dz_max = 9999999.9_wp, dz_stretch_factor = 1.08_wp, &
802                 dz_stretch_level = 100000.0_wp, e_init = 0.0_wp, e_min = 0.0_wp, &
803                 end_time = 0.0_wp, &
804                 f = 0.0_wp, fs = 0.0_wp, g = 9.81_wp, inflow_damping_height = 9999999.9_wp, &
805                 inflow_damping_width = 9999999.9_wp, kappa = 0.4_wp, km_constant = -1.0_wp,&
806                 mask_scale_x = 1.0_wp, mask_scale_y = 1.0_wp, mask_scale_z = 1.0_wp, &
807                 maximum_cpu_time_allowed = 0.0_wp,  &
808                 molecular_viscosity = 1.461E-5_wp, &
809                 old_dt = 1.0E-10_wp, omega = 7.29212E-5_wp, omega_sor = 1.8_wp, &
810                 particle_maximum_age = 9999999.9_wp, &
811                 phi = 55.0_wp, prandtl_number = 1.0_wp, &
812                 precipitation_amount_interval = 9999999.9_wp, prho_reference, &
813                 pt_damping_factor = 0.0_wp, pt_damping_width = 0.0_wp, &
814                 pt_reference = 9999999.9_wp, pt_slope_offset = 0.0_wp, &
815                 pt_surface = 300.0_wp, pt_surface_initial_change = 0.0_wp, &
816                 q_surface = 0.0_wp, q_surface_initial_change = 0.0_wp, &
817                 rayleigh_damping_factor = -1.0_wp, rayleigh_damping_height = -1.0_wp, &
818                 recycling_width = 9999999.9_wp, residual_limit = 1.0E-4_wp, &
819                 restart_time = 9999999.9_wp, rho_reference, rho_surface, &
820                 roughness_length = 0.1_wp, &
821                 sa_surface = 35.0_wp, &
822                 simulated_time = 0.0_wp, simulated_time_at_begin, sin_alpha_surface, &
823                 skip_time_data_output = 0.0_wp, skip_time_data_output_av = 9999999.9_wp,&
824                 skip_time_dopr = 9999999.9_wp, skip_time_dosp = 9999999.9_wp, &
825                 skip_time_do2d_xy = 9999999.9_wp, skip_time_do2d_xz = 9999999.9_wp, &
826                 skip_time_do2d_yz = 9999999.9_wp, skip_time_do3d = 9999999.9_wp, &
827                 surface_heatflux = 9999999.9_wp, surface_pressure = 1013.25_wp, &
828                 surface_scalarflux = 9999999.9_wp, surface_waterflux = 9999999.9_wp, &
829                 s_surface = 0.0_wp, s_surface_initial_change = 0.0_wp, &
830                 termination_time_needed = -1.0_wp, time_coupling = 0.0_wp, &
831                 time_disturb = 0.0_wp, time_dopr = 0.0_wp, time_dopr_av = 0.0_wp, &
832                 time_dopr_listing = 0.0_wp, time_dopts = 0.0_wp, time_dosp = 0.0_wp, &
833                 time_dosp_av = 0.0_wp, time_dots = 0.0_wp, time_do2d_xy = 0.0_wp, &
834                 time_do2d_xz = 0.0_wp, time_do2d_yz = 0.0_wp, time_do3d = 0.0_wp, &
835                 time_do_av = 0.0_wp, time_do_sla = 0.0_wp, time_dvrp = 0.0_wp, &
836                 time_restart = 9999999.9_wp, time_run_control = 0.0_wp,&
837                 time_since_reference_point, top_heatflux = 9999999.9_wp, &
838                 top_momentumflux_u = 9999999.9_wp, &
839                 top_momentumflux_v = 9999999.9_wp, top_salinityflux = 9999999.9_wp, &
840                 ug_surface = 0.0_wp, u_bulk = 0.0_wp, u_gtrans = 0.0_wp, &
841                 vg_surface = 0.0_wp, vpt_reference = 9999999.9_wp, &
842                 v_bulk = 0.0_wp, v_gtrans = 0.0_wp, wall_adjustment_factor = 1.8_wp, &
843                 zeta_max = 20.0_wp,    & !< Maximum value of zeta = z/L
844                 zeta_min = -9990.0_wp, & !< Minimum value of zeta = z/L
845                 z_max_do2d = -1.0_wp, z0h_factor = 1.0_wp
846
847    REAL(wp) ::  do2d_xy_last_time(0:1) = -1.0_wp, do2d_xz_last_time(0:1) = -1.0_wp, &
848                 do2d_yz_last_time(0:1) = -1.0_wp, dpdxy(1:2) = 0.0_wp, &
849                 dt_domask(max_masks) = 9999999.9_wp, &
850                 mask_scale(3), &
851                 pt_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
852                 pt_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
853                 q_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
854                 q_vertical_gradient_level(10) = -1.0_wp, &
855                 s_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
856                 s_vertical_gradient_level(10) = -1.0_wp, &
857                 sa_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
858                 sa_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
859                 skip_time_domask(max_masks) = 9999999.9_wp, threshold(20) = 0.0_wp, &
860                 time_domask(max_masks) = 0.0_wp, &
861                 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 /), &
862                 u_profile(100) = 9999999.9_wp, uv_heights(100) = 9999999.9_wp, &
863                 v_profile(100) = 9999999.9_wp, &
864                 ug_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
865                 ug_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
866                 vg_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
867                 vg_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
868                 volume_flow(1:3) = 0.0_wp, volume_flow_area(1:3) = 0.0_wp, &
869                 volume_flow_initial(1:3) = 0.0_wp, wall_heatflux(0:4) = 0.0_wp, &
870                 wall_humidityflux(0:4) = 0.0_wp, wall_nrflux(0:4) = 0.0_wp, &
871                 wall_qflux(0:4) = 0.0_wp, wall_qrflux(0:4) = 0.0_wp, &
872                 wall_salinityflux(0:4) = 0.0_wp, wall_scalarflux(0:4) = 0.0_wp, &
873                 subs_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
874                 subs_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp
875
876    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  dp_smooth_factor
877
878    REAL(wp), DIMENSION(max_masks,mask_xyz_dimension) :: &
879            mask_x = -1.0_wp, mask_y = -1.0_wp, mask_z = -1.0_wp
880    REAL(wp), DIMENSION(max_masks,3) ::                  &
881            mask_x_loop = -1.0_wp, mask_y_loop = -1.0_wp, mask_z_loop = -1.0_wp
882   
883!
884!--    internal mask arrays ("mask,dimension,selection")
885       REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  mask, mask_loop
886
887    SAVE
888
889 END MODULE control_parameters
890
891
892!------------------------------------------------------------------------------!
893! Description:
894! ------------
895!> Definition of variables used with dvrp-software.
896!------------------------------------------------------------------------------!
897 MODULE dvrp_variables
898
899     USE kinds
900
901    CHARACTER (LEN=10) ::  dvrp_output = 'rtsp', particle_color = 'none', &
902                           particle_dvrpsize = 'none'
903
904    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(10) ::  mode_dvrp = &
905                                     (/ ( '                    ', i9 = 1,10 ) /)
906
907    CHARACTER (LEN=80) ::  dvrp_directory = 'default',                    &
908                           dvrp_file      = 'default',                    &
909                           dvrp_host      = 'origin.rvs.uni-hannover.de', &
910                           dvrp_password  = '********',                   &
911                           dvrp_username  = ' '
912
913    INTEGER(iwp) ::  cluster_size = 1, dvrp_colortable_entries = 4,                 &
914                     dvrp_colortable_entries_prt = 22, islice_dvrp,                 &
915                     nx_dvrp, nxl_dvrp, nxr_dvrp, ny_dvrp, nyn_dvrp, nys_dvrp,      &
916                     nz_dvrp, pathlines_fadeintime = 5, pathlines_fadeouttime = 5,  &
917                     pathlines_linecount = 1000, pathlines_maxhistory = 40,         &
918                     pathlines_wavecount = 10, pathlines_wavetime = 50,             &
919                     vc_gradient_normals = 0, vc_mode = 0, vc_size_x = 2,           &
920                     vc_size_y = 2, vc_size_z = 2
921
922    INTEGER(iwp), DIMENSION(10) ::  slicer_position_dvrp
923
924    LOGICAL ::  cyclic_dvrp = .FALSE., dvrp_overlap, dvrp_total_overlap, &
925                local_dvrserver_running, lock_steering_update = .FALSE., &
926                use_seperate_pe_for_dvrp_output = .FALSE.
927
928    REAL(wp)    ::  clip_dvrp_l = 9999999.9_wp, clip_dvrp_n = 9999999.9_wp, &
929                    clip_dvrp_r = 9999999.9_wp, clip_dvrp_s = 9999999.9_wp, &
930                    superelevation = 1.0_wp, superelevation_x = 1.0_wp,     &
931                    superelevation_y = 1.0_wp, vc_alpha = 38.0_wp
932
933    REAL(wp), DIMENSION(2) ::  color_interval = (/ 0.0_wp, 1.0_wp /), &
934                               dvrpsize_interval = (/ 0.0_wp, 1.0_wp /)
935
936    REAL(wp), DIMENSION(3) ::  groundplate_color = (/ 0.0_wp, 0.6_wp, 0.0_wp /), &
937                               topography_color = (/ 0.8_wp, 0.7_wp, 0.6_wp /)
938
939    REAL(wp), DIMENSION(2,10)     ::  slicer_range_limits_dvrp
940
941    REAL(wp), DIMENSION(3,10)     ::  isosurface_color
942
943    REAL(sp), DIMENSION(2,100) ::  interval_values_dvrp,                       &
944                                   interval_values_dvrp_prt, interval_h_dvrp,  &
945                                   interval_h_dvrp_prt, interval_l_dvrp = 0.5_sp, &
946                                   interval_l_dvrp_prt = 0.5_sp, interval_s_dvrp = 1.0_sp, &
947                                   interval_s_dvrp_prt = 1.0_sp, interval_a_dvrp = 0.0_sp, &
948                                   interval_a_dvrp_prt = 0.0_sp
949
950    DATA  slicer_range_limits_dvrp / -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
951                                     -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
952                                     -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
953                                     -1.0_wp, 1.0_wp /
954
955    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, &
956                             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, &
957                             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, &
958                             0.1_wp, 0.4_wp, 0.1_wp /
959
960    DATA  interval_h_dvrp / 270.0_wp, 225.0_wp, 225.0_wp, 180.0_wp, 70.0_wp, 25.0_wp, &
961                            25.0_wp, -25.0_wp, 192 * 0.0_wp /
962
963    DATA  interval_h_dvrp_prt / 270.0_wp, 225.0_wp, 225.0_wp, 180.0_wp, 70.0_wp, 25.0_wp, &
964                                25.0_wp, -25.0_wp, 192 * 0.0_wp /
965
966    REAL(sp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  xcoor_dvrp, ycoor_dvrp, zcoor_dvrp
967
968    TYPE steering
969       CHARACTER (LEN=24) ::  name
970       REAL(sp)           ::  min, max
971       INTEGER(iwp)       ::  imin, imax
972    END TYPE steering
973
974    TYPE(steering), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  steering_dvrp
975
976    SAVE
977
978 END MODULE dvrp_variables
979
980
981!------------------------------------------------------------------------------!
982! Description:
983! ------------
984!> Definition of grid spacings.
985!------------------------------------------------------------------------------!
986 MODULE grid_variables
987
988    USE kinds
989
990    REAL(wp) ::  ddx, ddx2, dx = 1.0_wp, dx2, ddy, ddy2, dy = 1.0_wp, dy2
991
992    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ddx2_mg, ddy2_mg
993
994    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  fwxm, fwxp, fwym, fwyp, fxm, fxp,   &
995                                              fym, fyp, wall_e_x, wall_e_y,       &
996                                              wall_u, wall_v, wall_w_x, wall_w_y, &
997                                              zu_s_inner, zw_w_inner
998
999    SAVE
1000
1001 END MODULE grid_variables
1002
1003
1004!------------------------------------------------------------------------------!
1005! Description:
1006! ------------
1007!> Definition of array bounds, number of gridpoints, and wall flag arrays.
1008!------------------------------------------------------------------------------!
1009 MODULE indices
1010
1011    USE kinds
1012
1013    INTEGER(iwp) ::  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp = 3, ngp_sums,         &
1014                     ngp_sums_ls, nnx, nx = 0, nx_a, nx_o, nxl, nxlg, nxlu, nxr,    &
1015                     nxrg, nx_on_file, nny, ny = 0, ny_a, ny_o, nyn, nyng, nys,     &
1016                     nysg, nysv, ny_on_file, nnz, nz = 0, nzb, nzb_diff, nzb_max,   &
1017                     nzt, nzt_diff
1018
1019
1020    INTEGER(idp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::      &
1021                ngp_3d, ngp_3d_inner   ! need to have 64 bit for grids > 2E9
1022
1023    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::                                  &
1024                   ngp_2dh, nxl_mg, nxr_mg, nyn_mg, nys_mg, nzt_mg
1025
1026
1027    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: ngp_2dh_outer, ngp_2dh_s_inner,  &
1028                   mg_loc_ind, nzb_diff_s_inner, nzb_diff_s_outer, nzb_diff_u,    &
1029                   nzb_diff_v, nzb_inner, nzb_outer, nzb_s_inner, nzb_s_outer,    &
1030                   nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzb_v_inner, nzb_v_outer,            &
1031                   nzb_w_inner, nzb_w_outer, nzb_2d
1032
1033    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  flags
1034
1035    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  wall_flags_0, wall_flags_00
1036
1037    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE,  TARGET ::                       &
1038                   wall_flags_1, wall_flags_2, wall_flags_3, wall_flags_4,        &
1039                   wall_flags_5, wall_flags_6, wall_flags_7, wall_flags_8,        &
1040                   wall_flags_9, wall_flags_10
1041
1042    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rflags_s_inner, rflags_invers
1043
1044    SAVE
1045
1046 END MODULE indices
1047
1048
1049!------------------------------------------------------------------------------!
1050! Description:
1051! ------------
1052!> Interfaces for special subroutines which use optional parameters.
1053!------------------------------------------------------------------------------!
1054 MODULE interfaces
1055
1056    INTERFACE
1057
1058!------------------------------------------------------------------------------!
1059! Description:
1060! ------------
1061!> @todo Missing subroutine description.
1062!------------------------------------------------------------------------------!
1063       SUBROUTINE global_min_max ( i1, i2, j1, j2, k1, k2, feld, mode, offset, &
1064                                   wert, wert_ijk, wert1, wert1_ijk )
1065
1066          USE kinds
1067
1068          CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)      ::  mode
1069          INTEGER(iwp), INTENT(IN)           ::  i1, i2, j1, j2, k1, k2
1070          INTEGER(iwp)                       ::  wert_ijk(3)
1071          INTEGER(iwp), OPTIONAL             ::  wert1_ijk(3)
1072          REAL(wp)                           ::  offset, wert
1073          REAL(wp), OPTIONAL                 ::  wert1
1074          REAL(wp), INTENT(IN)               ::  feld(i1:i2,j1:j2,k1:k2)
1075
1076       END SUBROUTINE global_min_max
1077
1078    END INTERFACE
1079
1080    SAVE
1081
1082 END MODULE interfaces
1083
1084
1085!------------------------------------------------------------------------------!
1086! Description:
1087! ------------
1088!> Interfaces for subroutines with pointer arguments called in
1089!> prognostic_equations.
1090!------------------------------------------------------------------------------!
1091 MODULE pointer_interfaces
1092
1093    INTERFACE
1094
1095!------------------------------------------------------------------------------!
1096! Description:
1097! ------------
1098!> @todo Missing subroutine description.
1099!------------------------------------------------------------------------------!
1100       SUBROUTINE advec_s_bc( sk, sk_char )
1101
1102          USE kinds
1103
1104          CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)   ::  sk_char
1105#if defined( __nopointer )
1106          REAL(wp), DIMENSION(:,:,:) ::  sk
1107#else
1108          REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  sk
1109#endif
1110       END SUBROUTINE advec_s_bc
1111
1112    END INTERFACE
1113
1114
1115    SAVE
1116
1117 END MODULE pointer_interfaces
1118
1119
1120!------------------------------------------------------------------------------!
1121! Description:
1122! ------------
1123!> Definition of variables for the 1D-model.
1124!------------------------------------------------------------------------------!
1125 MODULE model_1d
1126
1127    USE kinds
1128
1129    INTEGER(iwp) ::  current_timestep_number_1d = 0, damp_level_ind_1d
1130
1131    LOGICAL ::  run_control_header_1d = .FALSE., stop_dt_1d = .FALSE. 
1132
1133    REAL(wp) ::     damp_level_1d = -1.0_wp, dt_1d = 60.0_wp, dt_max_1d = 300.0_wp, &
1134                    dt_pr_1d = 9999999.9_wp, dt_run_control_1d = 60.0_wp, &
1135                    end_time_1d = 864000.0_wp, old_dt_1d = 1.0E-10_wp, &
1136                    qs1d, simulated_time_1d = 0.0_wp, time_pr_1d = 0.0_wp, &
1137                    time_run_control_1d = 0.0_wp, ts1d, us1d, usws1d, &
1138                    vsws1d, z01d, z0h1d
1139
1140
1141    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  e1d, e1d_p, kh1d, km1d, l_black, l1d,  &
1142                                            rif1d, te_e, te_em, te_u, te_um, te_v, &
1143                                            te_vm, u1d, u1d_p, v1d, v1d_p
1144
1145    SAVE
1146
1147 END MODULE model_1d
1148
1149
1150
1151
1152!------------------------------------------------------------------------------!
1153! Description:
1154! ------------
1155!> Definition of variables which define processor topology and the exchange of
1156!> ghost point layers. This modules must be placed in all routines which contain
1157!> MPI-calls.
1158!------------------------------------------------------------------------------!
1159 MODULE pegrid
1160
1161    USE kinds
1162
1163#if defined( __parallel )
1164#if defined( __mpifh )
1165    INCLUDE "mpif.h"
1166#else
1167    USE MPI
1168#endif
1169#endif
1170    CHARACTER(LEN=2) ::  send_receive = 'al'
1171    CHARACTER(LEN=7) ::  myid_char = ''
1172    INTEGER(iwp)          ::  acc_rank, comm1dx, comm1dy, comm2d, comm_inter,       &
1173                              comm_palm, id_inflow = 0, id_recycling = 0, ierr,     &
1174                              myid = 0, myidx = 0, myidy = 0, ndim = 2, ngp_a,      &
1175                              ngp_o, ngp_xy, ngp_y, npex = -1, npey = -1,           &
1176                              numprocs = 1, numprocs_previous_run = -1,             &
1177                              num_acc_per_node = 0, pleft, pnorth, pright, psouth,  &
1178                              req_count = 0, sendrecvcount_xy, sendrecvcount_yz,    &
1179                              sendrecvcount_zx, sendrecvcount_zyd,                  &
1180                              sendrecvcount_yxd, target_id, tasks_per_node = -9999, &
1181                              threads_per_task = 1, type_x, type_x_int, type_xy,    &
1182                              type_y, type_y_int
1183
1184    INTEGER(iwp)          ::  pdims(2) = 1, req(100)
1185
1186    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hor_index_bounds, &
1187                                                  hor_index_bounds_previous_run
1188
1189    LOGICAL ::  background_communication =.FALSE., collective_wait = .FALSE., &
1190                sendrecv_in_background = .FALSE.
1191
1192#if defined( __parallel )
1193#if defined( __mpi2 )
1194    CHARACTER (LEN=MPI_MAX_PORT_NAME) ::  port_name
1195#endif
1196
1197    INTEGER(iwp) ::  ibuf(12), pcoord(2)
1198    INTEGER(iwp) ::  status(MPI_STATUS_SIZE)
1199    INTEGER(iwp), DIMENSION(MPI_STATUS_SIZE,100) ::  wait_stat
1200
1201    INTEGER(iwp) :: ngp_yz_int, type_xz_int, type_yz_int
1202    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_xz, ngp_yz, type_xz, type_yz
1203
1204    LOGICAL ::  left_border_pe  = .FALSE., north_border_pe = .FALSE., &
1205                reorder = .TRUE., right_border_pe = .FALSE.,          &
1206                south_border_pe = .FALSE.
1207
1208    LOGICAL, DIMENSION(2) ::  cyclic = (/ .TRUE. , .TRUE. /), &
1209                              remain_dims
1210#endif
1211
1212    SAVE
1213
1214 END MODULE pegrid
1215
1216
1217!------------------------------------------------------------------------------!
1218! Description:
1219! ------------
1220!> Definition of variables which control PROFIL-output.
1221!------------------------------------------------------------------------------!
1222 MODULE profil_parameter
1223
1224    USE kinds
1225
1226    INTEGER(iwp), PARAMETER ::  crmax = 100
1227
1228    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(20) ::  cross_ts_profiles = &
1229                           (/ ' E E*               ', ' dt                 ', &
1230                              ' u* w*              ', ' th*                ', &
1231                              ' umax vmax wmax     ', ' div_old div_new    ', &
1232                              ' z_i_wpt z_i_pt     ', ' w"pt"0 w"pt" wpt   ', &
1233                              ' pt(0) pt(zp)       ', ' splux spluy spluz  ', &
1234                              ' L                  ',                         &
1235                            ( '                    ', i9 = 1, 9 ) /)
1236
1237    CHARACTER (LEN=100), DIMENSION(crmax) ::  cross_profiles = &
1238                           (/ ' u v                           ', &
1239                              ' pt                            ', &
1240                              ' w"pt" w*pt* w*pt*BC wpt wptBC ', &
1241                              ' w"u" w*u* wu w"v" w*v* wv     ', &
1242                              ' km kh                         ', &
1243                              ' l                             ', &
1244                         ( '                               ', i9 = 1, 94 ) /)
1245
1246    INTEGER(iwp) ::  profile_columns = 2, profile_rows = 3, profile_number = 0
1247
1248    INTEGER(iwp) ::  cross_ts_numbers(crmax,crmax) = 0, &
1249                     cross_ts_number_count(crmax) = 0, &
1250                     dopr_index(300) = 0, dopr_initial_index(300) = 0, &
1251                     dots_crossindex(100) = 0, dots_index(100) = 0
1252               
1253
1254    REAL(wp) ::  cross_ts_uymax(20) = &
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                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1258                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp /),&
1259                 cross_ts_uymax_computed(20) = 999.999_wp, &
1260                 cross_ts_uymin(20) = &
1261                             (/ 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,  -5.000_wp, 999.999_wp,   &
1262                                999.999_wp,   0.000_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
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                 cross_ts_uymin_computed(20) = 999.999_wp
1266
1267    SAVE
1268
1269 END MODULE profil_parameter
1270
1271!------------------------------------------------------------------------------!
1272! Description:
1273! ------------
1274!> Definition of statistical quantities, e.g. global sums.
1275!------------------------------------------------------------------------------!
1276 MODULE statistics
1277
1278    USE kinds
1279
1280    CHARACTER (LEN=40) ::  region(0:9)
1281    INTEGER(iwp) ::  pr_palm = 130, statistic_regions = 0
1282    INTEGER(iwp) ::  u_max_ijk(3) = -1, v_max_ijk(3) = -1, w_max_ijk(3) = -1
1283    LOGICAL ::  flow_statistics_called = .FALSE.
1284    REAL(wp) ::     u_max, v_max, w_max
1285    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE       ::  mean_surface_level_height,      &
1286                                                  sums_divnew_l, sums_divold_l,   &
1287                                                  var_d, weight_substep,          &
1288                                                  weight_pres
1289    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE     ::  sums, sums_wsts_bc_l, ts_value, &
1290                                                  sums_wsus_ws_l, sums_wsvs_ws_l, &
1291                                                  sums_us2_ws_l, sums_vs2_ws_l,   &
1292                                                  sums_ws2_ws_l,                  &
1293                                                  sums_wsnrs_ws_l,                &
1294                                                  sums_wspts_ws_l,                &
1295                                                  sums_wssas_ws_l,                &
1296                                                  sums_wsqs_ws_l,                 &
1297                                                  sums_wsqrs_ws_l,                &
1298                                                  sums_ls_l
1299                                             
1300    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE   ::  hom_sum, rmask, spectrum_x,     &
1301                                                  spectrum_y, sums_l, sums_l_l,   &
1302                                                  sums_up_fraction_l
1303    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), ALLOCATABLE ::  hom
1304
1305    SAVE
1306
1307 END MODULE statistics
1308
1309
1310
1311!------------------------------------------------------------------------------!
1312! Description:
1313! ------------
1314!> Definition of indices for transposed arrays.
1315!------------------------------------------------------------------------------!
1316 MODULE transpose_indices
1317
1318    USE kinds
1319
1320    INTEGER(iwp) ::  nxl_y, nxl_yd, nxl_z, nxr_y, nxr_yd, nxr_z, nyn_x, nyn_z, &
1321                     nys_x, nys_z, nzb_x, nzb_y, nzb_yd, nzt_x, nzt_y, nzt_yd
1322               
1323    SAVE
1324
1325 END MODULE transpose_indices
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.