source: palm/trunk/SOURCE/modules.f90 @ 2050

Last change on this file since 2050 was 2050, checked in by gronemeier, 5 years ago

Implement turbulent outflow condition

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 60.4 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
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22! Implement turbulent outflow condition
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: modules.f90 2050 2016-11-08 15:00:55Z gronemeier $
27!
28! 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop
29! Anelastic approximation implemented
30!
31! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
32! renamed variable rho to rho_ocean and rho_av to rho_ocean_av
33!
34! 2011 2016-09-19 17:29:57Z kanani
35! +urban_surface, +lsf_exception, +varnamelength
36!
37! 2007 2016-08-24 15:47:17Z kanani
38! Increased DIMENSION of data_output, data_output_user, do2d, do3d
39!
40! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
41! Forced header and separation lines into 80 columns
42!
43! 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring
44! +constant_top_scalarflux, top_scalarflux
45! default of bc_s_t adjusted
46!
47! 1968 2016-07-18 12:01:49Z suehring
48! Changed dimension for MPI-datatypes type_x_int and type_y_int
49!
50! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
51! Separate humidity and passive scalar
52! +bc_s_t_val, diss_s_s, diss_l_s, flux_s_s, flux_l_s, s, sp, s1, s2, s3, ssws_av,
53!  s_init, s_surf, sums_wsss_ws_l, ss, ssws, sswst, ts_m, wall_sflux
54! +constant_scalarflux, ibc_s_b, ibc_s_t, s_vertical_gradient_level_ind
55!
56! Unused variables removed
57! -gamma_x, gamma_y, gamma_z, var_x, var_y, var_z
58!
59! Change initial values (in order to unify gradient calculation):
60! pt_vertical_gradient_level, sa_vertical_gradient_level
61!
62! 1957 2016-07-07 10:43:48Z suehring
63! +fl_max, num_leg, num_var_fl, num_var_fl_user, var_fl_max, virtual_flight
64!
65! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
66! default timestep switched from -1.0 to +1.0 in order to avoid wrong sign of
67! initially calculated divergence
68!
69! 1906 2016-05-24 14:38:08Z suehring
70! default value of mg_switch_to_pe0_level changed to -1
71!
72! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
73! bfactor, mass_of_solute, molecular_weight_of_solute, molecular_weight_of_water,
74! vanthoff moved to mod_particle_attributes.
75! dt_micro and several cloud_parameters moved to microphysics_mod.
76! 1d-microphysics profiles moved to microphysics_mod.
77!
78! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
79! -nzb_2d
80!
81! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
82! spectra parameter moved to spectra module
83!
84! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
85! curvature_solution_effects removed
86! turbulence renamed collision_turbulence, drizzle renamed
87! cloud_water_sedimentation
88!
89! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
90! icloud_scheme removed. microphysics_sat_adjust, microphysics_kessler,
91! microphysics_seifert added.
92!
93! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
94! cpp-directive for decalpha removed
95!
96! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
97! MPI module used by default on all machines
98!
99! 1804 2016-04-05 16:30:18Z maronga
100! Removed code for parameter file check (__check)
101!
102! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
103! Added roughness length for moisture (z0q)
104!
105! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
106! module spectrum moved to new separate module
107!
108! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
109! netcdf variables moved to the netcdf-interface module
110!
111! 1779 2016-03-03 08:01:28Z raasch
112! coupling_char extended to LEN=3
113!
114! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
115! some reformatting
116!
117! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
118! +nest_* variables, size of volume_flow arrays increased by one element
119!
120! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
121! +mean_surface_level_height
122!
123! 1695 2015-10-27 10:03:11Z maronga
124! Removed rif (forgotten in last revision)
125!
126! 1693 2015-10-27 08:35:45Z maronga
127! Renamed zp -> z_mo
128!
129! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
130! Renamed Obukhov length. Added ol, removed rif. Increased number of profiles
131! (pr_palm). Changed default values for dissipation_1d to 'detering' and
132! (mixing_length_1d to 'blackadar'. Added most_method. rif_min and rif_max
133! renamed to zeta_min and zeta_max and new values assigned.
134!
135! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
136! Code annotations made doxygen readable
137!
138! 1677 2015-10-02 13:25:23Z boeske
139! +ngp_yz_int, type_xz_int, type_yz_int
140!
141! 1666 2015-09-23 07:31:10Z raasch
142! +user_interface_current_revision, user_interface_required_revision in
143! control_parameters
144!
145! 1639 2015-08-31 14:46:48Z knoop
146! Bugfix: string 'unknown' extended to match LEN=13
147!
148! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
149! +ngp_xz
150!
151! 1560 2015-03-06 10:48:54Z keck
152! +recycling_yshift
153!
154! 1557 2015-03-05 16:43:04Z suehring
155! +monotonic_adjustment
156!
157! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
158! Increased pr_palm to 120. Increased length of dots_unit and dots_label to 13
159! digits. Increased length of domask, do2d, and do3d to 20 digits.
160!
161! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
162! Renamed "radiation" -> "cloud_top_radiation"
163!
164! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
165! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
166!   canopy-model related parameters/variables moved to module
167!   plant_canopy_model_mod
168!
169! 1468 2014-09-24 14:06:57Z maronga
170! Adapted for use on up to 6-digit processor cores.
171! Increased identifier string length for user-defined quantities to 20.
172!
173! 1450 2014-08-21 07:31:51Z heinze
174! ntnudge from 100 to 1000 increased to allow longer simulations
175!
176! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
177! +var_d
178!
179! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
180! +ensemble_member_nr to prepare the random_generator for ensemble runs
181!
182! 1382 2014-04-30 12:15:41Z boeske
183! Renamed variables which store large scale forcing tendencies
184! pt_lsa -> td_lsa_lpt, pt_subs -> td_sub_lpt,
185! q_lsa  -> td_lsa_q,   q_subs  -> td_sub_q
186!
187! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
188! Usage of large scale forcing enabled:
189! increase pr_palm from 90 to 100 to allow for more standard profiles
190! + ngp_sums_ls, pt_lsa, pt_subs, q_lsa, q_subs, tmp_tnudge, sums_ls_l,
191! use_subsidence_tendencies
192!
193! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
194! tend_* removed
195! call_microphysics_at_all_substeps added
196! default of drizzle set to true
197!
198! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
199! particle_attributes moved to mod_particle_attributes.f90
200!
201! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
202! REAL constants provided with KIND-attribute
203!
204! 1327 2014-03-21 11:00:16Z raasch
205! REAL constants defined as wp-kind
206! -avs_output, data_output_format, do3d_compress, iso2d_output, netcdf_output
207!
208! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
209! ONLY-attribute added to USE-statements,
210! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
211! kinds are defined in new module kinds,
212! old module precision_kind is removed,
213! revision history before 2012 removed,
214! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
215! all variable declaration statements
216!
217! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
218! module cpulog moved to new separate module-file
219! interface for cpu_log removed
220!
221! 1314 2014-03-14 18:25:17Z suehring
222! + log_z_z0, number_of_sublayers, z0_av_global
223! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
224! +ntdim_2d_xy, ntdim_2d_xz, ntdim_2d_yz, ntdim_3d
225!
226! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
227! set default values for grid indices of maximum velocity components
228! u|v|w_max_ijk
229!
230! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
231! Usage of nudging enabled
232! +nudging, ntnudge, ptnudge, qnudge, tnudge, unudge, vnudge, wnudge
233! increase pr_palm from 80 to 90 to allow for more standard profiles
234!
235! Enable prescribed time depenend surface fluxes and geostrophic wind read in
236! from external file LSF_DATA
237! +large_scale_forcing, lsf_surf, lsf_vert, nlsf, time_surf, shf_surf, qsws_surf,
238!  pt_surf, q_surf, p_surf, time_vert, ug_vert, vg_vert, wsubs_vert
239!
240! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
241! wall_flags_0 changed to 32bit int, +wall_flags_00,
242! +rflags_s_inner, rflags_invers
243!
244! 1216 2013-08-26 09:31:42Z raasch
245! +transpose_compute_overlap,
246! several variables are now defined in the serial (non-parallel) case also
247!
248! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
249! +tri
250!
251! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
252! +reference_state, ref_state, use_initial_profile_as_reference, vpt_reference,
253! use_reference renamed use_single_reference_value
254!
255! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
256! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
257! +use_cmax
258!
259! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
260! +background_communication, i_left, i_right, j_north, j_south, req, req_count,
261! send_receive, sendrecv_in_background, wait_stat
262!
263! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
264! unused variables removed
265!
266! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
267! +on_device
268!
269! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
270! +tric, nr_timesteps_this_run
271!
272! 1106 2013-03-04 05:31:38Z raasch
273! array_kind renamed precision_kind, pdims defined in serial code
274! bugfix: default value assigned to coupling_start_time
275!
276! 1095 2013-02-03 02:21:01Z raasch
277! FORTRAN error in r1092 removed
278!
279! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
280! character length in some derived type changed for better alignment
281!
282! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
283! + c_sedimentation, limiter_sedimentation, turbulence, a_1, a_2, a_3, b_1, b_2,
284! + b_3, c_1, c_2, c_3, beta_cc
285!
286! bottom boundary condition of qr, nr changed from Dirichlet to Neumann
287!
288! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
289! necessary expansions according to the two new prognostic equations (nr, qr)
290! of the two-moment cloud physics scheme:
291! +*_init, flux_l_*, diss_l_*, flux_s_*, diss_s_*, *sws, *swst, tend_*, *, *_p
292! +t*_m, *_1, *_2, *_3, *_av, bc_*_b, bc_*_t, ibc_*_b, ibc_*_t, bc_*_t_val,
293! +*_vertical_gradient, *_surface_initial_change, *_vertical_gradient_level,
294! +*_vertical_gradient_level_ind, *_surface, constant_waterflux_*, 
295! +cloud_scheme, icloud_scheme, surface_waterflux_*, sums_ws*s_ws_l, wall_*flux
296!
297! constants for the two-moment scheme:
298! +a_vent, a_term, b_vent, b_term, c_evap, c_term, cof, eps_sb, k_cc, k_cr, k_rr,
299! +k_br, kappa_rr, kin_vis_air, mu_constant_value, nc, pirho_l, dpirho_l, rho_1,
300! +schmidt, schmidt_p_1d3, stp, x0, xmin, xmax, dt_precipitation, w_precipitation
301!
302! steering parameters for the two_moment scheme:
303! +mu_constant, ventilation_effect
304!
305! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
306! code put under GPL (PALM 3.9)
307!
308! 1031 2012-10-19 14:35:30Z raasch
309! +output_format_netcdf
310!
311! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
312! +acc_rank, num_acc_per_node,
313! -adjust_mixing_length
314!
315! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
316! pointer free version can be generated with cpp switch __nopointer
317!
318! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
319! -grid_matching, nxa, nya, etc., nnx_pe, nny_pe, spl_*
320!
321! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
322! -asselin_filter_factor, cut_spline_overshoot, dt_changed, last_dt_change,
323! last_dt_change_1d, long_filter_factor, overshoot_limit_*, ups_limit_*
324! several pointer/target arrays converted to normal ones
325!
326! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
327! -use_prior_plot1d_parameters
328!
329! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
330! +c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l,
331! +bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
332! -km_damp_x, km_damp_y, km_damp_max, outflow_damping_width
333! +z0h, z0h_av, z0h_factor, z0h1d
334! +ptdf_x, ptdf_y, pt_damping_width, pt_damping_factor
335!
336! 964 2012-07-26 09:14:24Z raasch
337! -cross_linecolors, cross_linestyles, cross_normalized_x, cross_normx_factor,
338! cross_normalized_y, cross_normy_factor, cross_pnc_local,
339! cross_profile_numbers, cross_profile_number_counter, cross_uxmax,
340! cross_uxmax_computed, cross_uxmax_normalized,
341! cross_uxmax_normalized_computed, cross_uxmin, cross_uxmin_computed,
342! cross_uxmin_normalized, cross_uxmin_normalized_computed, cross_uymax,
343! cross_uymin, cross_xtext, dopr_crossindex, dopr_label, linecolors, linestyles,
344! nz_do1d, profil_output, z_max_do1d, z_max_do1d_normalized
345!
346! 951 2012-07-19 14:22:52Z hoffmann
347! changing profile_columns and profile_rows
348!
349! 940 2012-07-09 14:31:00Z raasch
350! +neutral
351!
352! 927 2012-06-06 19:15:04Z raasch
353! +masking_method
354!
355! 880 2012-04-13 06:28:59Z raasch
356! gathered_size, subdomain_size moved to control_parameters
357!
358! 866 2012-03-28 06:44:41Z raasch
359! interface for global_min_max changed
360!
361! 861 2012-03-26 14:18:34Z suehring
362! +wall_flags_0
363! -boundary_flags
364! +nzb_max
365! +adv_sca_1, +adv_mom_1
366!
367! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
368! +deleted_particles, deleted_tails, tr.._count_sum, tr.._count_recv_sum in
369! particle_attributes,
370! +de_dx, de_dy, de_dz in arrays_3d,
371! first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
372!
373! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
374! +dissipation_classes, radius_classes, use_kernel_tables,
375! particle feature color renamed class
376!
377! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
378! +bfactor, curvature_solution_effects, eps_ros, molecular_weight_of_water,
379! vanthoff, -b_cond in cloud_parameters,
380! dopts_num increased to 29, particle attributes speed_x|y|z_sgs renamed
381! rvar1|2|3
382! wang_collision_kernel and turbulence_effects_on_collision replaced by
383! collision_kernel, hall_kernel, palm_kernel, wang_kernel
384!
385! 809 2012-01-30 13:32:58Z marongas
386! Bugfix: replaced .AND. and .NOT. with && and ! in the preprocessor directives
387!
388! 807 2012-01-25 11:53:51Z maronga
389! New cpp directive "__check" implemented which is used by check_namelist_files.
390! New parameter check_restart has been defined which is needed by
391! check_namelist_files only.
392!
393! 805 2012-01-17 15:53:28Z franke
394! Bugfix collective_wait must be out of parallel branch for runs in serial mode
395!
396! 801 2012-01-10 17:30:36Z suehring
397! Dimesion of sums_wsus_ws_l, ! sums_wsvs_ws_l, sums_us2_ws_l, sums_vs2_ws_l,
398! sums_ws2_ws_l, sums_wspts_ws_l, sums_wsqs_ws_l, sums_wssas_ws_l increased.
399! for thread-safe summation in advec_ws.
400!
401! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
402!
403! Revision 1.95  2007/02/11 13:18:30  raasch
404! version 3.1b (last under RCS control)
405!
406! Revision 1.1  1997/07/24 11:21:26  raasch
407! Initial revision
408!
409!
410!------------------------------------------------------------------------------!
411! Description:
412! ------------
413!> Definition of all variables
414!>
415!> @todo Add description for each variable
416!------------------------------------------------------------------------------!
417
418
419!------------------------------------------------------------------------------!
420! Description:
421! ------------
422!> Definition of variables for special advection schemes.
423!------------------------------------------------------------------------------!
424 MODULE advection
425 
426    USE kinds
427
428    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  aex, bex, dex, eex
429
430    SAVE
431
432 END MODULE advection
433
434
435!------------------------------------------------------------------------------!
436! Description:
437! ------------
438!> Definition of all arrays defined on the computational grid.
439!------------------------------------------------------------------------------!
440 MODULE arrays_3d
441
442    USE kinds
443
444    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::                                     &
445          c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l, ddzu, ddzu_pres,     &
446          dd2zu, dzu, ddzw, dzw, hyp, inflow_damping_factor, l_grid,           &
447          ptdf_x, ptdf_y, p_surf, pt_surf, pt_init, qsws_surf, q_init, q_surf, &
448          rdf, rdf_sc, ref_state, s_init, s_surf, sa_init, shf_surf,           &
449          timenudge, time_surf, time_vert, tmp_tnudge, ug, u_init,             &
450          u_nzb_p1_for_vfc, vg, v_init, v_nzb_p1_for_vfc, w_subs, zu, zw
451
452    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::                                   &
453          c_u, c_v, c_w, diss_s_e, diss_s_nr, diss_s_pt, diss_s_q,             &
454          diss_s_qr, diss_s_s, diss_s_sa, diss_s_u, diss_s_v, diss_s_w, dzu_mg,&
455          dzw_mg, flux_s_e, flux_s_nr, flux_s_pt, flux_s_q, flux_s_qr,         &
456          flux_s_s, flux_s_sa, flux_s_u, flux_s_v, flux_s_w, f1_mg, f2_mg,     &
457          f3_mg, mean_inflow_profiles, nrs, nrsws, nrswst,                     &
458          ol,                                                                  & !< Obukhov length
459          precipitation_amount, precipitation_rate, ptnudge, pt_slope_ref,     &
460          qnudge, qs, qsws, qswst, qswst_remote, qrs, qrsws, qrswst,           &
461          saswsb, saswst, shf, ss, ssws, sswst, tnudge, td_lsa_lpt, td_lsa_q,  &
462          td_sub_lpt,                                                          &
463          td_sub_q, total_2d_a, total_2d_o, ts, tswst, ug_vert, unudge, us,    &
464          usws, uswst, vnudge, vg_vert, vsws, vswst, wnudge, wsubs_vert,       &
465          z0,                                                                  & !< roughness length for momentum
466          z0h,                                                                 & !< roughness length for heat
467          z0q                                                                    !< roughness length for moisture
468
469    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::                                 &
470          d, de_dx, de_dy, de_dz, diss, diss_l_e,                              &
471          diss_l_nr, diss_l_pt, diss_l_q, diss_l_qr, diss_l_s, diss_l_sa,      &
472          diss_l_u, diss_l_v, diss_l_w, flux_l_e, flux_l_nr, flux_l_pt,        &
473          flux_l_q, flux_l_qr, flux_l_s, flux_l_sa, flux_l_u, flux_l_v,        &
474          flux_l_w, kh, km, l_wall, prr, p_loc, tend, tric,                    &
475          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,       &
476          w_m_n, w_m_r, w_m_s
477
478#if defined( __nopointer )
479    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
480          e, e_p, nr, nr_p, p, prho, pt, pt_p, q, q_p, qc, ql, ql_c, ql_v,     &
481          ql_vp, qr, qr_p, rho_ocean, s, s_p, sa, sa_p, te_m, tnr_m, tpt_m, tq_m,    &
482          tqr_m, ts_m, tsa_m, tu_m, tv_m, tw_m, u, u_p, v, v_p, vpt, w, w_p
483#else
484    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
485          e_1, e_2, e_3, p, prho_1, nr_1, nr_2, nr_3, pt_1, pt_2, pt_3, q_1,   &
486          q_2, q_3, qc_1, ql_v, ql_vp, ql_1, ql_2, qr_1, qr_2, qr_3, rho_1,    &
487          s_1, s_2, s_3, sa_1, sa_2, sa_3, u_1, u_2, u_3, v_1, v_2, v_3, vpt_1,&
488          w_1, w_2, w_3
489
490    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::                                     &
491          e, e_p, nr, nr_p, prho, pt, pt_p, q, q_p, qc, ql, ql_c, qr, qr_p,    &
492          rho_ocean, s, s_p, sa, sa_p, te_m, tnr_m, tpt_m, tq_m, tqr_m, ts_m,        &
493          tsa_m, tu_m, tv_m, tw_m, u, u_p, v, v_p, vpt, w, w_p
494#endif
495
496    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), ALLOCATABLE ::  rif_wall, tri
497
498    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: rho_air     !< air density profile on the uv grid
499    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: rho_air_zw  !< air density profile on the w grid
500    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: drho_air    !< inverse air density profile on the uv grid
501    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: drho_air_zw !< inverse air density profile on the w grid
502
503    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: rho_air_mg    !< air density profiles on the uv grid for multigrid
504    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: rho_air_zw_mg !< air density profiles on the w grid for multigrid
505
506    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: heatflux_input_conversion      !< conversion factor array for heatflux input
507    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: waterflux_input_conversion     !< conversion factor array for waterflux input
508    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: momentumflux_input_conversion  !< conversion factor array for momentumflux input
509    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: heatflux_output_conversion     !< conversion factor array for heatflux output
510    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: waterflux_output_conversion    !< conversion factor array for waterflux output
511    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: momentumflux_output_conversion !< conversion factor array for momentumflux output
512
513
514    SAVE
515
516 END MODULE arrays_3d
517
518
519!------------------------------------------------------------------------------!
520! Description:
521! ------------
522!> Definition of variables needed for time-averaging of 2d/3d data.
523!------------------------------------------------------------------------------!
524 MODULE averaging
525 
526    USE kinds
527
528    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  lwp_av,                & !< Avg. liquid water path
529                                              precipitation_rate_av, & !< Avg. of precipitation rate
530                                              ol_av,                 & !< Avg. of Obukhov length
531                                              qsws_av,               & !< Avg. of surface moisture flux
532                                              ssws_av,               & !< Avg. of surface scalar flux
533                                              shf_av,                & !< Avg. of surface heat flux
534                                              ts_av,                 & !< Avg. of characteristic temperature scale
535                                              us_av,                 & !< Avg. of friction velocity
536                                              z0_av,                 & !< Avg. of roughness length for momentum
537                                              z0h_av,                & !< Avg. of roughness length for heat
538                                              z0q_av                   !< Avg. of roughness length for moisture
539
540    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::                         &
541          e_av, lpt_av, nr_av, p_av, pc_av, pr_av, prr_av, pt_av, q_av, qc_av, &
542          ql_av, ql_c_av, ql_v_av, ql_vp_av, qr_av, qv_av, rho_ocean_av, s_av, sa_av,&
543          u_av, v_av, vpt_av, w_av
544 
545 END MODULE averaging
546
547
548!------------------------------------------------------------------------------!
549! Description:
550! ------------
551!> Definition of variables and constants for cloud physics.
552!------------------------------------------------------------------------------!
553 MODULE cloud_parameters
554 
555    USE kinds
556
557    REAL(wp) :: cp = 1005.0_wp,       & !< heat capacity of dry air (J kg-1 K-1)
558                l_v = 2.5E+06_wp,     & !< latent heat of vaporization (J kg-1)
559                l_d_cp, l_d_r, l_d_rv, & !< l_v / cp, l_v / r_d, l_v / r_v
560                rho_l = 1.0E3_wp,     & !< density of water (kg m-3)
561                r_d = 287.0_wp,       & !< sp. gas const. dry air (J kg-1 K-1)
562                r_v = 461.51_wp         !< sp. gas const. water vapor (J kg-1 K-1)
563
564
565    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE     ::  hyrho, pt_d_t, t_d_pt 
566
567    SAVE
568
569 END MODULE cloud_parameters
570
571
572!------------------------------------------------------------------------------!
573! Description:
574! ------------
575!> Definition of general constants.
576!------------------------------------------------------------------------------!
577 MODULE constants
578 
579    USE kinds
580
581    REAL(wp)  ::  pi = 3.141592654_wp
582    REAL(wp)  ::  adv_mom_1, adv_mom_3, adv_mom_5, adv_sca_1, adv_sca_3, adv_sca_5
583   
584
585    SAVE
586
587 END MODULE constants
588
589 
590!------------------------------------------------------------------------------!
591! Description:
592! ------------
593!> Definition of parameters for program control
594!------------------------------------------------------------------------------!
595 MODULE control_parameters
596
597    USE kinds
598
599    TYPE plot_precision
600       CHARACTER (LEN=8) ::  variable
601       INTEGER(iwp)      ::  precision
602    END TYPE plot_precision
603
604    TYPE(plot_precision), DIMENSION(100) ::  plot_3d_precision =               &
605                        (/ plot_precision( 'u', 2 ), plot_precision( 'v', 2 ), &
606                           plot_precision( 'w', 2 ), plot_precision( 'p', 5 ), &
607                           plot_precision( 'pt', 2 ),                          &
608                           ( plot_precision( ' ', 1 ), i9 = 1,95 ) /)
609
610    TYPE file_status
611       LOGICAL ::  opened, opened_before
612    END TYPE file_status
613   
614    INTEGER, PARAMETER :: mask_xyz_dimension = 100, max_masks = 50
615    INTEGER(iwp), PARAMETER ::  varnamelength = 30  !< length of output variable names
616
617    TYPE(file_status), DIMENSION(200+2*max_masks) ::                &
618                             openfile = file_status(.FALSE.,.FALSE.)
619
620    CHARACTER (LEN=1)    ::  cycle_mg = 'w', timestep_reason = ' '
621    CHARACTER (LEN=3)    ::  coupling_char = ''
622    CHARACTER (LEN=5)    ::  write_binary = 'false'
623    CHARACTER (LEN=8)    ::  most_method = 'lookup', & !< NAMELIST parameter defining method to be used to calculate Okukhov length,
624                             run_date,               & !<
625                             run_time                  !<
626    CHARACTER (LEN=9)    ::  simulated_time_chr
627    CHARACTER (LEN=11)   ::  topography_grid_convention = ' '
628    CHARACTER (LEN=12)   ::  version = ' ', revision = ' ', &
629                             user_interface_current_revision = ' ', &
630                             user_interface_required_revision = ' '
631    CHARACTER (LEN=16)   ::  conserve_volume_flow_mode = 'default', &
632                             loop_optimization = 'default', &
633                             momentum_advec = 'ws-scheme', &
634                             psolver = 'poisfft', &
635                             scalar_advec = 'ws-scheme'
636    CHARACTER (LEN=20)   ::  approximation = 'boussinesq'
637    CHARACTER (LEN=40)   ::  flux_input_mode = 'approximation-specific'
638    CHARACTER (LEN=40)   ::  flux_output_mode = 'approximation-specific'
639    CHARACTER (LEN=20)   ::  bc_e_b = 'neumann', bc_lr = 'cyclic', &
640                             bc_ns = 'cyclic', bc_p_b = 'neumann', &
641                             bc_p_t = 'dirichlet', bc_pt_b = 'dirichlet', &
642                             bc_pt_t = 'initial_gradient', &
643                             bc_q_b = 'dirichlet', bc_q_t = 'neumann', &
644                             bc_s_b = 'dirichlet', bc_s_t = 'initial_gradient', &
645                             bc_sa_t = 'neumann', &
646                             bc_uv_b = 'dirichlet', bc_uv_t = 'dirichlet', &
647                             cloud_scheme = 'saturation_adjust', &
648                             coupling_mode = 'uncoupled', &
649                             coupling_mode_remote = 'uncoupled', &
650                             dissipation_1d = 'detering', &
651                             fft_method = 'system-specific', &
652                             mixing_length_1d = 'blackadar', &
653                             random_generator = 'numerical-recipes', &
654                             reference_state = 'initial_profile', &
655                             return_addres, return_username, &
656                             timestep_scheme = 'runge-kutta-3'                             
657    CHARACTER (LEN=40)   ::  avs_data_file, topography = 'flat'
658    CHARACTER (LEN=64)   ::  host = ' '
659    CHARACTER (LEN=80)   ::  log_message, run_identifier
660    CHARACTER (LEN=100)  ::  initializing_actions = ' ' 
661    CHARACTER (LEN=110)  ::  run_description_header
662    CHARACTER (LEN=1000) ::  message_string = ' '
663
664    CHARACTER (LEN=varnamelength), DIMENSION(500) ::  data_output = ' ',    &
665                                           data_output_user = ' ', doav = ' '
666    CHARACTER (LEN=varnamelength), DIMENSION(max_masks,100) ::  &
667         data_output_masks = ' ', data_output_masks_user = ' '
668
669    CHARACTER (LEN=varnamelength), DIMENSION(300) ::  data_output_pr = ' '
670    CHARACTER (LEN=varnamelength), DIMENSION(200) ::  data_output_pr_user = ' '
671    CHARACTER (LEN=varnamelength), DIMENSION(max_masks,0:1,100) ::  domask = ' '
672    CHARACTER (LEN=varnamelength), DIMENSION(0:1,500) ::  do2d = ' ', do3d = ' '
673
674    INTEGER(iwp), PARAMETER :: fl_max = 100, var_fl_max = 20
675   
676    INTEGER(iwp) ::  abort_mode = 1, average_count_pr = 0, &
677                     average_count_3d = 0, current_timestep_number = 0, &
678                     coupling_topology = 0, &
679                     dist_range = 0, disturbance_level_ind_b, &
680                     disturbance_level_ind_t, doav_n = 0, dopr_n = 0, &
681                     dopr_time_count = 0, dopts_time_count = 0, &
682                     dots_time_count = 0, &
683                     do2d_xy_n = 0, do2d_xz_n = 0, do2d_yz_n = 0, do3d_avs_n = 0, &
684                     dp_level_ind_b = 0, dvrp_filecount = 0, &
685                     dz_stretch_level_index, ensemble_member_nr = 0, gamma_mg, gathered_size, &
686                     grid_level, ibc_e_b, ibc_p_b, ibc_p_t, &
687                     ibc_pt_b, ibc_pt_t, ibc_q_b, ibc_q_t, ibc_s_b, ibc_s_t, &
688                     ibc_sa_t, ibc_uv_b, ibc_uv_t, &
689                     inflow_disturbance_begin = -1, inflow_disturbance_end = -1, &
690                     intermediate_timestep_count, intermediate_timestep_count_max, &
691                     io_group = 0, io_blocks = 1, iran = -1234567, &
692                     masks = 0, maximum_grid_level, &
693                     maximum_parallel_io_streams = -1, max_pr_user = 0, &
694                     mgcycles = 0, mg_cycles = -1, mg_switch_to_pe0_level = -1, mid, &
695                     nlsf = 1000, ntnudge = 1000, ngsrb = 2, &
696                     nr_timesteps_this_run = 0, &
697                     nsor = 20, nsor_ini = 100, n_sor, normalizing_region = 0, &
698                     num_leg=0, num_var_fl, num_var_fl_user=0, &
699                     nz_do3d = -9999, prt_time_count = 0, &
700                     recycling_plane, runnr = 0, &
701                     skip_do_avs = 0, subdomain_size, terminate_coupled = 0, &
702                     terminate_coupled_remote = 0, timestep_count = 0
703
704    INTEGER(iwp) ::  dist_nxl(0:1), dist_nxr(0:1), dist_nyn(0:1), dist_nys(0:1), &
705                     do2d_no(0:1) = 0, do2d_xy_time_count(0:1), &
706                     do2d_xz_time_count(0:1), do2d_yz_time_count(0:1), &
707                     do3d_no(0:1) = 0, do3d_time_count(0:1), &
708                     domask_no(max_masks,0:1) = 0, domask_time_count(max_masks,0:1),&
709                     mask_size(max_masks,3) = -1, mask_size_l(max_masks,3) = -1, &
710                     mask_start_l(max_masks,3) = -1, &
711                     pt_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
712                     q_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
713                     s_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &                     
714                     sa_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
715                     section(100,3), section_xy(100) = -9999, &
716                     section_xz(100) = -9999, section_yz(100) = -9999, &
717                     ug_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
718                     vg_vertical_gradient_level_ind(10) = -9999, &
719                     subs_vertical_gradient_level_i(10) = -9999
720
721
722    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:1) :: ntdim_2d_xy, ntdim_2d_xz, ntdim_2d_yz, ntdim_3d
723
724    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  grid_level_count
725
726    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE   ::  mask_i, mask_j, mask_k
727    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE   ::  &
728                    mask_i_global, mask_j_global, mask_k_global
729
730    LOGICAL ::  bc_lr_cyc =.TRUE., bc_lr_dirrad = .FALSE., &
731                bc_lr_raddir = .FALSE., bc_ns_cyc = .TRUE., &
732                bc_ns_dirrad = .FALSE., bc_ns_raddir = .FALSE.,&
733                call_microphysics_at_all_substeps = .FALSE., &
734                call_psolver_at_all_substeps = .TRUE., &
735                cloud_droplets = .FALSE., cloud_physics = .FALSE., &
736                cloud_top_radiation = .FALSE., &
737                conserve_volume_flow = .FALSE., constant_diffusion = .FALSE., &
738                constant_flux_layer = .TRUE., &
739                constant_heatflux = .TRUE., constant_top_heatflux = .TRUE., &
740                constant_top_momentumflux = .FALSE., &
741                constant_top_salinityflux = .TRUE., &
742                constant_top_scalarflux = .TRUE., &
743                constant_scalarflux = .TRUE., &             
744                constant_waterflux = .TRUE., create_disturbances = .TRUE., &
745                data_output_2d_on_each_pe = .TRUE., & 
746                dissipation_control = .FALSE., disturbance_created = .FALSE., &
747                do2d_at_begin = .FALSE., do3d_at_begin = .FALSE., &
748                do_sum = .FALSE., &
749                dp_external = .FALSE., dp_smooth = .FALSE., &
750                dt_fixed = .FALSE., &
751                dt_3d_reached, dt_3d_reached_l, exchange_mg = .FALSE., &
752                first_call_lpm = .TRUE., &
753                force_print_header = .FALSE., galilei_transformation = .FALSE.,&
754                humidity = .FALSE., humidity_remote = .FALSE., &
755                inflow_l = .FALSE., inflow_n = .FALSE., &
756                inflow_r = .FALSE., inflow_s = .FALSE., &
757                large_scale_forcing = .FALSE., &
758                large_scale_subsidence = .FALSE.
759    LOGICAL ::  lsf_exception = .FALSE.  !< temporary flag for use of lsf with buildings on flat terrain
760    LOGICAL ::  lsf_surf = .TRUE., &
761                lsf_vert = .TRUE., lptnudge = .FALSE., lqnudge = .FALSE., &
762                lunudge = .FALSE., lvnudge = .FALSE., lwnudge = .FALSE., &
763                masking_method = .FALSE., &
764                microphysics_sat_adjust = .FALSE., &
765                microphysics_kessler = .FALSE., &
766                microphysics_seifert = .FALSE., &
767                mg_switch_to_pe0 = .FALSE., &
768                monotonic_adjustment = .FALSE.
769    LOGICAL ::  nest_bound_l = .FALSE. !< nested boundary on left side
770    LOGICAL ::  nest_bound_n = .FALSE. !< nested boundary on north side
771    LOGICAL ::  nest_bound_r = .FALSE. !< nested boundary on right side
772    LOGICAL ::  nest_bound_s = .FALSE. !< nested boundary on south side
773    LOGICAL ::  nest_domain  = .FALSE. !< domain is nested into a parent domain
774    LOGICAL ::  neutral = .FALSE., nudging = .FALSE., &
775                ocean = .FALSE., on_device = .FALSE., &
776                outflow_l = .FALSE., outflow_n = .FALSE., outflow_r = .FALSE., &
777                outflow_s = .FALSE., passive_scalar = .FALSE., &
778                precipitation = .FALSE., &
779                random_heatflux = .FALSE., recycling_yshift = .FALSE.,&
780                run_control_header = .FALSE., run_coupled = .TRUE., &
781                scalar_rayleigh_damping = .TRUE., sloping_surface = .FALSE., &
782                stop_dt = .FALSE., synchronous_exchange = .FALSE., &
783                terminate_run = .FALSE., transpose_compute_overlap = .FALSE., &
784                turbulent_inflow = .FALSE.
785    LOGICAL ::  turbulent_outflow = .FALSE. !< flag for turbulent outflow condition
786    LOGICAL ::  urban_surface = .FALSE.  !< flag for urban surface model
787    LOGICAL ::  use_cmax = .TRUE., use_initial_profile_as_reference = .FALSE., &
788                use_prescribed_profile_data = .FALSE., &
789                use_single_reference_value = .FALSE., &
790                use_subsidence_tendencies = .FALSE., &
791                use_surface_fluxes = .FALSE., use_top_fluxes = .FALSE., &
792                use_ug_for_galilei_tr = .TRUE., use_upstream_for_tke = .FALSE.
793    LOGICAL ::  virtual_flight = .FALSE.  !< flag for virtual flight model
794    LOGICAL ::  wall_adjustment = .TRUE., ws_scheme_sca = .FALSE., &
795                ws_scheme_mom = .FALSE.
796
797    LOGICAL ::  data_output_xy(0:1) = .FALSE., data_output_xz(0:1) = .FALSE., &
798                data_output_yz(0:1) = .FALSE.
799
800    REAL(wp) ::  advected_distance_x = 0.0_wp, advected_distance_y = 0.0_wp, &
801                 alpha_surface = 0.0_wp, atmos_ocean_sign = 1.0_wp, &
802                 averaging_interval = 0.0_wp, averaging_interval_pr = 9999999.9_wp, &
803                 bc_pt_t_val, bc_q_t_val, bc_s_t_val, bottom_salinityflux = 0.0_wp, &
804                 building_height = 50.0_wp, building_length_x = 50.0_wp, &
805                 building_length_y = 50.0_wp, building_wall_left = 9999999.9_wp, &
806                 building_wall_south = 9999999.9_wp, canyon_height = 50.0_wp, &
807                 canyon_width_x = 9999999.9_wp, canyon_width_y = 9999999.9_wp, &
808                 canyon_wall_left = 9999999.9_wp, canyon_wall_south = 9999999.9_wp, &
809                 cfl_factor = -1.0_wp, cos_alpha_surface, &
810                 coupling_start_time = 0.0_wp, disturbance_amplitude = 0.25_wp, &
811                 disturbance_energy_limit = 0.01_wp, &
812                 disturbance_level_b = -9999999.9_wp, &
813                 disturbance_level_t = -9999999.9_wp, &
814                 dp_level_b = 0.0_wp, &
815                 dt = -1.0_wp, dt_averaging_input = 0.0_wp, &
816                 dt_averaging_input_pr = 9999999.9_wp, dt_coupling = 9999999.9_wp, &
817                 dt_data_output = 9999999.9_wp, &
818                 dt_data_output_av = 9999999.9_wp, dt_disturb = 9999999.9_wp, &
819                 dt_dopr = 9999999.9_wp, dt_dopr_listing = 9999999.9_wp, &
820                 dt_dopts = 9999999.9_wp, dt_dots = 9999999.9_wp, &
821                 dt_do2d_xy = 9999999.9_wp, dt_do2d_xz = 9999999.9_wp, &
822                 dt_do2d_yz = 9999999.9_wp, dt_do3d = 9999999.9_wp, dt_dvrp = 9999999.9_wp, &
823                 dt_max = 20.0_wp, &
824                 dt_restart = 9999999.9_wp, &
825                 dt_run_control = 60.0_wp, dt_3d = 1.0_wp, dz = -1.0_wp, &
826                 dz_max = 9999999.9_wp, dz_stretch_factor = 1.08_wp, &
827                 dz_stretch_level = 100000.0_wp, e_init = 0.0_wp, e_min = 0.0_wp, &
828                 end_time = 0.0_wp, &
829                 f = 0.0_wp, fs = 0.0_wp, g = 9.81_wp, inflow_damping_height = 9999999.9_wp, &
830                 inflow_damping_width = 9999999.9_wp, kappa = 0.4_wp, km_constant = -1.0_wp,&
831                 mask_scale_x = 1.0_wp, mask_scale_y = 1.0_wp, mask_scale_z = 1.0_wp, &
832                 maximum_cpu_time_allowed = 0.0_wp,  &
833                 molecular_viscosity = 1.461E-5_wp, &
834                 old_dt = 1.0E-10_wp, omega = 7.29212E-5_wp, omega_sor = 1.8_wp, &
835                 outflow_source_plane = -9999999.9_wp, & !< x-position of outflow-source plane (turbulent outflow method)
836                 particle_maximum_age = 9999999.9_wp, &
837                 phi = 55.0_wp, prandtl_number = 1.0_wp, &
838                 precipitation_amount_interval = 9999999.9_wp, prho_reference, &
839                 pt_damping_factor = 0.0_wp, pt_damping_width = 0.0_wp, &
840                 pt_reference = 9999999.9_wp, pt_slope_offset = 0.0_wp, &
841                 pt_surface = 300.0_wp, pt_surface_initial_change = 0.0_wp, &
842                 q_surface = 0.0_wp, q_surface_initial_change = 0.0_wp, &
843                 rayleigh_damping_factor = -1.0_wp, rayleigh_damping_height = -1.0_wp, &
844                 recycling_width = 9999999.9_wp, residual_limit = 1.0E-4_wp, &
845                 restart_time = 9999999.9_wp, rho_reference, rho_surface, &
846                 roughness_length = 0.1_wp, &
847                 sa_surface = 35.0_wp, &
848                 simulated_time = 0.0_wp, simulated_time_at_begin, sin_alpha_surface, &
849                 skip_time_data_output = 0.0_wp, skip_time_data_output_av = 9999999.9_wp,&
850                 skip_time_dopr = 9999999.9_wp, &
851                 skip_time_do2d_xy = 9999999.9_wp, skip_time_do2d_xz = 9999999.9_wp, &
852                 skip_time_do2d_yz = 9999999.9_wp, skip_time_do3d = 9999999.9_wp, &
853                 surface_heatflux = 9999999.9_wp, surface_pressure = 1013.25_wp, &
854                 surface_scalarflux = 9999999.9_wp, surface_waterflux = 9999999.9_wp, &
855                 s_surface = 0.0_wp, s_surface_initial_change = 0.0_wp, &
856                 termination_time_needed = -1.0_wp, time_coupling = 0.0_wp, &
857                 time_disturb = 0.0_wp, time_dopr = 0.0_wp, time_dopr_av = 0.0_wp, &
858                 time_dopr_listing = 0.0_wp, time_dopts = 0.0_wp, time_dosp = 0.0_wp, &
859                 time_dosp_av = 0.0_wp, time_dots = 0.0_wp, time_do2d_xy = 0.0_wp, &
860                 time_do2d_xz = 0.0_wp, time_do2d_yz = 0.0_wp, time_do3d = 0.0_wp, &
861                 time_do_av = 0.0_wp, time_do_sla = 0.0_wp, time_dvrp = 0.0_wp, &
862                 time_restart = 9999999.9_wp, time_run_control = 0.0_wp,&
863                 time_since_reference_point, top_heatflux = 9999999.9_wp, &
864                 top_momentumflux_u = 9999999.9_wp, &
865                 top_momentumflux_v = 9999999.9_wp, top_salinityflux = 9999999.9_wp, &
866                 top_scalarflux = 9999999.9_wp, &
867                 ug_surface = 0.0_wp, u_bulk = 0.0_wp, u_gtrans = 0.0_wp, &
868                 vg_surface = 0.0_wp, vpt_reference = 9999999.9_wp, &
869                 v_bulk = 0.0_wp, v_gtrans = 0.0_wp, wall_adjustment_factor = 1.8_wp, &
870                 zeta_max = 20.0_wp,    & !< Maximum value of zeta = z/L
871                 zeta_min = -9990.0_wp, & !< Minimum value of zeta = z/L
872                 z_max_do2d = -1.0_wp, z0h_factor = 1.0_wp
873
874    REAL(wp) ::  do2d_xy_last_time(0:1) = -1.0_wp, do2d_xz_last_time(0:1) = -1.0_wp, &
875                 do2d_yz_last_time(0:1) = -1.0_wp, dpdxy(1:2) = 0.0_wp, &
876                 dt_domask(max_masks) = 9999999.9_wp, &
877                 mask_scale(3), &
878                 pt_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
879                 pt_vertical_gradient_level(10) = -1.0_wp, &
880                 q_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
881                 q_vertical_gradient_level(10) = -1.0_wp, &
882                 s_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
883                 s_vertical_gradient_level(10) = -1.0_wp, &
884                 sa_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
885                 sa_vertical_gradient_level(10) = -1.0_wp, &
886                 skip_time_domask(max_masks) = 9999999.9_wp, threshold(20) = 0.0_wp, &
887                 time_domask(max_masks) = 0.0_wp, &
888                 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 /), &
889                 u_profile(100) = 9999999.9_wp, uv_heights(100) = 9999999.9_wp, &
890                 v_profile(100) = 9999999.9_wp, &
891                 ug_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
892                 ug_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
893                 vg_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
894                 vg_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp, &
895                 volume_flow(1:3) = 0.0_wp, volume_flow_area(1:3) = 0.0_wp, &
896                 volume_flow_initial(1:3) = 0.0_wp, wall_heatflux(0:4) = 0.0_wp, &
897                 wall_humidityflux(0:4) = 0.0_wp, wall_nrflux(0:4) = 0.0_wp, &
898                 wall_qflux(0:4) = 0.0_wp, wall_qrflux(0:4) = 0.0_wp, &
899                 wall_salinityflux(0:4) = 0.0_wp, wall_sflux(0:4) = 0.0_wp, wall_scalarflux(0:4) = 0.0_wp, &
900                 subs_vertical_gradient(10) = 0.0_wp, &
901                 subs_vertical_gradient_level(10) = -9999999.9_wp
902
903    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  dp_smooth_factor
904
905    REAL(wp), DIMENSION(max_masks,mask_xyz_dimension) :: &
906            mask_x = -1.0_wp, mask_y = -1.0_wp, mask_z = -1.0_wp
907    REAL(wp), DIMENSION(max_masks,3) ::                  &
908            mask_x_loop = -1.0_wp, mask_y_loop = -1.0_wp, mask_z_loop = -1.0_wp
909   
910!
911!--    internal mask arrays ("mask,dimension,selection")
912       REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  mask, mask_loop
913
914    SAVE
915
916 END MODULE control_parameters
917
918
919!------------------------------------------------------------------------------!
920! Description:
921! ------------
922!> Definition of variables used with dvrp-software.
923!------------------------------------------------------------------------------!
924 MODULE dvrp_variables
925
926     USE kinds
927
928    CHARACTER (LEN=10) ::  dvrp_output = 'rtsp', particle_color = 'none', &
929                           particle_dvrpsize = 'none'
930
931    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(10) ::  mode_dvrp = &
932                                     (/ ( '                    ', i9 = 1,10 ) /)
933
934    CHARACTER (LEN=80) ::  dvrp_directory = 'default',                    &
935                           dvrp_file      = 'default',                    &
936                           dvrp_host      = 'origin.rvs.uni-hannover.de', &
937                           dvrp_password  = '********',                   &
938                           dvrp_username  = ' '
939
940    INTEGER(iwp) ::  cluster_size = 1, dvrp_colortable_entries = 4,                 &
941                     dvrp_colortable_entries_prt = 22, islice_dvrp,                 &
942                     nx_dvrp, nxl_dvrp, nxr_dvrp, ny_dvrp, nyn_dvrp, nys_dvrp,      &
943                     nz_dvrp, pathlines_fadeintime = 5, pathlines_fadeouttime = 5,  &
944                     pathlines_linecount = 1000, pathlines_maxhistory = 40,         &
945                     pathlines_wavecount = 10, pathlines_wavetime = 50,             &
946                     vc_gradient_normals = 0, vc_mode = 0, vc_size_x = 2,           &
947                     vc_size_y = 2, vc_size_z = 2
948
949    INTEGER(iwp), DIMENSION(10) ::  slicer_position_dvrp
950
951    LOGICAL ::  cyclic_dvrp = .FALSE., dvrp_overlap, dvrp_total_overlap, &
952                local_dvrserver_running, lock_steering_update = .FALSE., &
953                use_seperate_pe_for_dvrp_output = .FALSE.
954
955    REAL(wp)    ::  clip_dvrp_l = 9999999.9_wp, clip_dvrp_n = 9999999.9_wp, &
956                    clip_dvrp_r = 9999999.9_wp, clip_dvrp_s = 9999999.9_wp, &
957                    superelevation = 1.0_wp, superelevation_x = 1.0_wp,     &
958                    superelevation_y = 1.0_wp, vc_alpha = 38.0_wp
959
960    REAL(wp), DIMENSION(2) ::  color_interval = (/ 0.0_wp, 1.0_wp /), &
961                               dvrpsize_interval = (/ 0.0_wp, 1.0_wp /)
962
963    REAL(wp), DIMENSION(3) ::  groundplate_color = (/ 0.0_wp, 0.6_wp, 0.0_wp /), &
964                               topography_color = (/ 0.8_wp, 0.7_wp, 0.6_wp /)
965
966    REAL(wp), DIMENSION(2,10)     ::  slicer_range_limits_dvrp
967
968    REAL(wp), DIMENSION(3,10)     ::  isosurface_color
969
970    REAL(sp), DIMENSION(2,100) ::  interval_values_dvrp,                       &
971                                   interval_values_dvrp_prt, interval_h_dvrp,  &
972                                   interval_h_dvrp_prt, interval_l_dvrp = 0.5_sp, &
973                                   interval_l_dvrp_prt = 0.5_sp, interval_s_dvrp = 1.0_sp, &
974                                   interval_s_dvrp_prt = 1.0_sp, interval_a_dvrp = 0.0_sp, &
975                                   interval_a_dvrp_prt = 0.0_sp
976
977    DATA  slicer_range_limits_dvrp / -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
978                                     -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
979                                     -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, -1.0_wp, 1.0_wp, &
980                                     -1.0_wp, 1.0_wp /
981
982    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, &
983                             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, &
984                             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, &
985                             0.1_wp, 0.4_wp, 0.1_wp /
986
987    DATA  interval_h_dvrp / 270.0_wp, 225.0_wp, 225.0_wp, 180.0_wp, 70.0_wp, 25.0_wp, &
988                            25.0_wp, -25.0_wp, 192 * 0.0_wp /
989
990    DATA  interval_h_dvrp_prt / 270.0_wp, 225.0_wp, 225.0_wp, 180.0_wp, 70.0_wp, 25.0_wp, &
991                                25.0_wp, -25.0_wp, 192 * 0.0_wp /
992
993    REAL(sp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  xcoor_dvrp, ycoor_dvrp, zcoor_dvrp
994
995    TYPE steering
996       CHARACTER (LEN=24) ::  name
997       REAL(sp)           ::  min, max
998       INTEGER(iwp)       ::  imin, imax
999    END TYPE steering
1000
1001    TYPE(steering), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  steering_dvrp
1002
1003    SAVE
1004
1005 END MODULE dvrp_variables
1006
1007
1008!------------------------------------------------------------------------------!
1009! Description:
1010! ------------
1011!> Definition of grid spacings.
1012!------------------------------------------------------------------------------!
1013 MODULE grid_variables
1014
1015    USE kinds
1016
1017    REAL(wp) ::  ddx, ddx2, dx = 1.0_wp, dx2, ddy, ddy2, dy = 1.0_wp, dy2
1018
1019    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ddx2_mg, ddy2_mg
1020
1021    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  fwxm, fwxp, fwym, fwyp, fxm, fxp,   &
1022                                              fym, fyp, wall_e_x, wall_e_y,       &
1023                                              wall_u, wall_v, wall_w_x, wall_w_y, &
1024                                              zu_s_inner, zw_w_inner
1025
1026    SAVE
1027
1028 END MODULE grid_variables
1029
1030
1031!------------------------------------------------------------------------------!
1032! Description:
1033! ------------
1034!> Definition of array bounds, number of gridpoints, and wall flag arrays.
1035!------------------------------------------------------------------------------!
1036 MODULE indices
1037
1038    USE kinds
1039
1040    INTEGER(iwp) ::  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp = 3, ngp_sums,         &
1041                     ngp_sums_ls, nnx, nx = 0, nx_a, nx_o, nxl, nxlg, nxlu, nxr,    &
1042                     nxrg, nx_on_file, nny, ny = 0, ny_a, ny_o, nyn, nyng, nys,     &
1043                     nysg, nysv, ny_on_file, nnz, nz = 0, nzb, nzb_diff, nzb_max,   &
1044                     nzt, nzt_diff
1045
1046
1047    INTEGER(idp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::      &
1048                ngp_3d, ngp_3d_inner   ! need to have 64 bit for grids > 2E9
1049
1050    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::                                  &
1051                   ngp_2dh, nxl_mg, nxr_mg, nyn_mg, nys_mg, nzt_mg
1052
1053
1054    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: ngp_2dh_outer, ngp_2dh_s_inner,  &
1055                   mg_loc_ind, nzb_diff_s_inner, nzb_diff_s_outer, nzb_diff_u,    &
1056                   nzb_diff_v, nzb_inner, nzb_outer, nzb_s_inner, nzb_s_outer,    &
1057                   nzb_u_inner, nzb_u_outer, nzb_v_inner, nzb_v_outer,            &
1058                   nzb_w_inner, nzb_w_outer
1059
1060    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  flags
1061
1062    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  wall_flags_0, wall_flags_00
1063
1064    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE,  TARGET ::                       &
1065                   wall_flags_1, wall_flags_2, wall_flags_3, wall_flags_4,        &
1066                   wall_flags_5, wall_flags_6, wall_flags_7, wall_flags_8,        &
1067                   wall_flags_9, wall_flags_10
1068
1069    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rflags_s_inner, rflags_invers
1070
1071    SAVE
1072
1073 END MODULE indices
1074
1075
1076!------------------------------------------------------------------------------!
1077! Description:
1078! ------------
1079!> Interfaces for special subroutines which use optional parameters.
1080!------------------------------------------------------------------------------!
1081 MODULE interfaces
1082
1083    INTERFACE
1084
1085!------------------------------------------------------------------------------!
1086! Description:
1087! ------------
1088!> @todo Missing subroutine description.
1089!------------------------------------------------------------------------------!
1090       SUBROUTINE global_min_max ( i1, i2, j1, j2, k1, k2, feld, mode, offset, &
1091                                   wert, wert_ijk, wert1, wert1_ijk )
1092
1093          USE kinds
1094
1095          CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)      ::  mode
1096          INTEGER(iwp), INTENT(IN)           ::  i1, i2, j1, j2, k1, k2
1097          INTEGER(iwp)                       ::  wert_ijk(3)
1098          INTEGER(iwp), OPTIONAL             ::  wert1_ijk(3)
1099          REAL(wp)                           ::  offset, wert
1100          REAL(wp), OPTIONAL                 ::  wert1
1101          REAL(wp), INTENT(IN)               ::  feld(i1:i2,j1:j2,k1:k2)
1102
1103       END SUBROUTINE global_min_max
1104
1105    END INTERFACE
1106
1107    SAVE
1108
1109 END MODULE interfaces
1110
1111
1112!------------------------------------------------------------------------------!
1113! Description:
1114! ------------
1115!> Interfaces for subroutines with pointer arguments called in
1116!> prognostic_equations.
1117!------------------------------------------------------------------------------!
1118 MODULE pointer_interfaces
1119
1120    INTERFACE
1121
1122!------------------------------------------------------------------------------!
1123! Description:
1124! ------------
1125!> @todo Missing subroutine description.
1126!------------------------------------------------------------------------------!
1127       SUBROUTINE advec_s_bc( sk, sk_char )
1128
1129          USE kinds
1130
1131          CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)   ::  sk_char
1132#if defined( __nopointer )
1133          REAL(wp), DIMENSION(:,:,:) ::  sk
1134#else
1135          REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), POINTER ::  sk
1136#endif
1137       END SUBROUTINE advec_s_bc
1138
1139    END INTERFACE
1140
1141
1142    SAVE
1143
1144 END MODULE pointer_interfaces
1145
1146
1147!------------------------------------------------------------------------------!
1148! Description:
1149! ------------
1150!> Definition of variables for the 1D-model.
1151!------------------------------------------------------------------------------!
1152 MODULE model_1d
1153
1154    USE kinds
1155
1156    INTEGER(iwp) ::  current_timestep_number_1d = 0, damp_level_ind_1d
1157
1158    LOGICAL ::  run_control_header_1d = .FALSE., stop_dt_1d = .FALSE. 
1159
1160    REAL(wp) ::     damp_level_1d = -1.0_wp, dt_1d = 60.0_wp, dt_max_1d = 300.0_wp, &
1161                    dt_pr_1d = 9999999.9_wp, dt_run_control_1d = 60.0_wp, &
1162                    end_time_1d = 864000.0_wp, old_dt_1d = 1.0E-10_wp, &
1163                    qs1d, simulated_time_1d = 0.0_wp, time_pr_1d = 0.0_wp, &
1164                    time_run_control_1d = 0.0_wp, ts1d, us1d, usws1d, &
1165                    vsws1d, z01d, z0h1d
1166
1167
1168    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  e1d, e1d_p, kh1d, km1d, l_black, l1d,  &
1169                                            rif1d, te_e, te_em, te_u, te_um, te_v, &
1170                                            te_vm, u1d, u1d_p, v1d, v1d_p
1171
1172    SAVE
1173
1174 END MODULE model_1d
1175
1176
1177
1178
1179!------------------------------------------------------------------------------!
1180! Description:
1181! ------------
1182!> Definition of variables which define processor topology and the exchange of
1183!> ghost point layers. This modules must be placed in all routines which contain
1184!> MPI-calls.
1185!------------------------------------------------------------------------------!
1186 MODULE pegrid
1187
1188    USE kinds
1189
1190#if defined( __parallel )
1191#if defined( __mpifh )
1192    INCLUDE "mpif.h"
1193#else
1194    USE MPI
1195#endif
1196#endif
1197    CHARACTER(LEN=2) ::  send_receive = 'al'
1198    CHARACTER(LEN=7) ::  myid_char = ''
1199    INTEGER(iwp)     ::  acc_rank, comm1dx, comm1dy, comm2d, comm_inter,       &
1200                         comm_palm, id_inflow = 0,                             &
1201                         id_outflow = 0,        & !< myidx of procs at outflow (turbulent outflow method)
1202                         id_outflow_source = 0, & !< myidx of procs including ouflow source plane (turbulent outflow method)
1203                         id_recycling = 0, ierr,                               &
1204                         myid = 0, myidx = 0, myidy = 0, ndim = 2, ngp_a,      &
1205                         ngp_o, ngp_xy, ngp_y, npex = -1, npey = -1,           &
1206                         numprocs = 1, numprocs_previous_run = -1,             &
1207                         num_acc_per_node = 0, pleft, pnorth, pright, psouth,  &
1208                         req_count = 0, sendrecvcount_xy, sendrecvcount_yz,    &
1209                         sendrecvcount_zx, sendrecvcount_zyd,                  &
1210                         sendrecvcount_yxd, target_id, tasks_per_node = -9999, &
1211                         threads_per_task = 1, type_x, type_xy,    &
1212                         type_y
1213
1214    INTEGER(iwp)          ::  pdims(2) = 1, req(100)
1215
1216    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hor_index_bounds, &
1217                                                  hor_index_bounds_previous_run
1218
1219    LOGICAL ::  background_communication =.FALSE., collective_wait = .FALSE., &
1220                sendrecv_in_background = .FALSE.
1221
1222#if defined( __parallel )
1223#if defined( __mpi2 )
1224    CHARACTER (LEN=MPI_MAX_PORT_NAME) ::  port_name
1225#endif
1226
1227    INTEGER(iwp) ::  ibuf(12), pcoord(2)
1228    INTEGER(iwp) ::  status(MPI_STATUS_SIZE)
1229    INTEGER(iwp), DIMENSION(MPI_STATUS_SIZE,100) ::  wait_stat
1230
1231    INTEGER(iwp) :: ngp_yz_int, type_xz_int, type_yz_int
1232    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_xz, ngp_yz, type_x_int,    &
1233                                                type_xz, type_y_int, type_yz
1234
1235    LOGICAL ::  left_border_pe  = .FALSE., north_border_pe = .FALSE., &
1236                reorder = .TRUE., right_border_pe = .FALSE.,          &
1237                south_border_pe = .FALSE.
1238
1239    LOGICAL, DIMENSION(2) ::  cyclic = (/ .TRUE. , .TRUE. /), &
1240                              remain_dims
1241#endif
1242
1243    SAVE
1244
1245 END MODULE pegrid
1246
1247
1248!------------------------------------------------------------------------------!
1249! Description:
1250! ------------
1251!> Definition of variables which control PROFIL-output.
1252!------------------------------------------------------------------------------!
1253 MODULE profil_parameter
1254
1255    USE kinds
1256
1257    INTEGER(iwp), PARAMETER ::  crmax = 100
1258
1259    CHARACTER (LEN=20), DIMENSION(20) ::  cross_ts_profiles = &
1260                           (/ ' E E*               ', ' dt                 ', &
1261                              ' u* w*              ', ' th*                ', &
1262                              ' umax vmax wmax     ', ' div_old div_new    ', &
1263                              ' z_i_wpt z_i_pt     ', ' w"pt"0 w"pt" wpt   ', &
1264                              ' pt(0) pt(zp)       ', ' splux spluy spluz  ', &
1265                              ' L                  ',                         &
1266                            ( '                    ', i9 = 1, 9 ) /)
1267
1268    CHARACTER (LEN=100), DIMENSION(crmax) ::  cross_profiles = &
1269                           (/ ' u v                           ', &
1270                              ' pt                            ', &
1271                              ' w"pt" w*pt* w*pt*BC wpt wptBC ', &
1272                              ' w"u" w*u* wu w"v" w*v* wv     ', &
1273                              ' km kh                         ', &
1274                              ' l                             ', &
1275                         ( '                               ', i9 = 1, 94 ) /)
1276
1277    INTEGER(iwp) ::  profile_columns = 2, profile_rows = 3, profile_number = 0
1278
1279    INTEGER(iwp) ::  cross_ts_numbers(crmax,crmax) = 0, &
1280                     cross_ts_number_count(crmax) = 0, &
1281                     dopr_index(300) = 0, dopr_initial_index(300) = 0, &
1282                     dots_crossindex(100) = 0, dots_index(100) = 0
1283               
1284
1285    REAL(wp) ::  cross_ts_uymax(20) = &
1286                             (/ 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1287                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1288                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1289                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp /),&
1290                 cross_ts_uymax_computed(20) = 999.999_wp, &
1291                 cross_ts_uymin(20) = &
1292                             (/ 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,  -5.000_wp, 999.999_wp,   &
1293                                999.999_wp,   0.000_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1294                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp,   &
1295                                999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp, 999.999_wp /),&
1296                 cross_ts_uymin_computed(20) = 999.999_wp
1297
1298    SAVE
1299
1300 END MODULE profil_parameter
1301
1302!------------------------------------------------------------------------------!
1303! Description:
1304! ------------
1305!> Definition of statistical quantities, e.g. global sums.
1306!------------------------------------------------------------------------------!
1307 MODULE statistics
1308
1309    USE kinds
1310
1311    CHARACTER (LEN=40) ::  region(0:9)
1312    INTEGER(iwp) ::  pr_palm = 130, statistic_regions = 0
1313    INTEGER(iwp) ::  u_max_ijk(3) = -1, v_max_ijk(3) = -1, w_max_ijk(3) = -1
1314    LOGICAL ::  flow_statistics_called = .FALSE.
1315    REAL(wp) ::     u_max, v_max, w_max
1316    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE       ::  mean_surface_level_height,      &
1317                                                  sums_divnew_l, sums_divold_l,   &
1318                                                  weight_substep, weight_pres
1319    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE     ::  sums, sums_wsts_bc_l, ts_value, &
1320                                                  sums_wsus_ws_l, sums_wsvs_ws_l, &
1321                                                  sums_us2_ws_l, sums_vs2_ws_l,   &
1322                                                  sums_ws2_ws_l,                  &
1323                                                  sums_wsnrs_ws_l,                &
1324                                                  sums_wspts_ws_l,                &
1325                                                  sums_wsqs_ws_l,                 &   
1326                                                  sums_wsqrs_ws_l,                &
1327                                                  sums_wssas_ws_l,                &
1328                                                  sums_wsss_ws_l,                 &
1329                                                  sums_ls_l
1330                                             
1331    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE   ::  hom_sum, rmask, sums_l,      &
1332                                                  sums_l_l, sums_up_fraction_l
1333
1334    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:,:), ALLOCATABLE ::  hom
1335
1336    SAVE
1337
1338 END MODULE statistics
1339
1340
1341
1342!------------------------------------------------------------------------------!
1343! Description:
1344! ------------
1345!> Definition of indices for transposed arrays.
1346!------------------------------------------------------------------------------!
1347 MODULE transpose_indices
1348
1349    USE kinds
1350
1351    INTEGER(iwp) ::  nxl_y, nxl_yd, nxl_z, nxr_y, nxr_yd, nxr_z, nyn_x, nyn_z, &
1352                     nys_x, nys_z, nzb_x, nzb_y, nzb_yd, nzt_x, nzt_y, nzt_yd
1353               
1354    SAVE
1355
1356 END MODULE transpose_indices
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.