source: palm/trunk/SOURCE/nudging.f90 @ 1251

Last change on this file since 1251 was 1251, checked in by heinze, 11 years ago

bugfix: calculate dtm and dtp also in vector version

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 12.0 KB
Line 
1 MODULE nudge_mod
2
3!--------------------------------------------------------------------------------!
4! This file is part of PALM.
5!
6! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
7! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
8! either version 3 of the License, or (at your option) any later 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 1997-2012  Leibniz University Hannover
18!--------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22! bugfix: calculate dtm and dtp also in vector version
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: nudging.f90 1251 2013-11-07 08:14:30Z heinze $
27!
28! 1249 2013-11-06 10:45:47Z heinze
29! remove call of user module
30! reformatting
31!
32! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
33! Initial revision
34!
35! Description:
36! ------------
37! Nudges u, v, pt and q to given profiles on a relaxation timescale tnudge.
38! Profiles are read in from NUDGIN_DATA. Code is based on Neggers et al. (2012)
39! and also part of DALES and UCLA-LES.
40!--------------------------------------------------------------------------------!
41
42    PRIVATE
43    PUBLIC init_nudge, nudge 
44    SAVE
45
46    INTERFACE nudge
47       MODULE PROCEDURE nudge
48       MODULE PROCEDURE nudge_ij
49    END INTERFACE nudge
50
51 CONTAINS
52
53    SUBROUTINE init_nudge
54
55       USE arrays_3d
56       USE control_parameters
57       USE cpulog
58       USE indices
59       USE interfaces
60       USE pegrid
61
62       IMPLICIT NONE
63
64       INTEGER :: finput = 90, ierrn, k, t 
65
66       CHARACTER(1) :: hash
67       REAL :: highheight, highqnudge, highptnudge, highunudge, highvnudge, &
68               highwnudge, hightnudge
69       REAL :: lowheight, lowqnudge, lowptnudge, lowunudge, lowvnudge, &
70               lowwnudge, lowtnudge
71       REAL :: fac
72
73       ALLOCATE( ptnudge(nzb:nzt+1,1:ntnudge), qnudge(nzb:nzt+1,1:ntnudge), &
74                 tnudge(nzb:nzt+1,1:ntnudge), unudge(nzb:nzt+1,1:ntnudge),  &
75                 vnudge(nzb:nzt+1,1:ntnudge), wnudge(nzb:nzt+1,1:ntnudge)  )
76
77       ALLOCATE( timenudge(0:ntnudge) )
78
79
80       ptnudge = 0.0; qnudge = 0.0; tnudge = 0.0; unudge = 0.0
81       vnudge = 0.0; wnudge = 0.0; timenudge = 0.0
82
83       t = 0
84       OPEN ( finput, FILE='NUDGING_DATA', STATUS='OLD', &
85              FORM='FORMATTED', IOSTAT=ierrn )
86
87       IF ( ierrn /= 0 )  THEN
88          message_string = 'file NUDGING_DATA does not exist'
89          CALL message( 'nudging', 'PA0365', 1, 2, 0, 6, 0 )
90       ENDIF
91
92       ierrn = 0
93
94 rloop:DO
95          t = t + 1
96          hash = "#"
97          ierrn = 1 ! not zero       
98!
99!--       Search for the next line consisting of "# time",
100!--       from there onwards the profiles will be read
101          DO WHILE ( .NOT. ( hash == "#" .AND. ierrn == 0 ) ) 
102         
103            READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn ) hash, timenudge(t)
104            IF ( ierrn < 0 )  EXIT rloop
105
106          ENDDO
107
108          ierrn = 0
109          READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn ) lowheight, lowtnudge, lowunudge,   &
110                                           lowvnudge, lowwnudge , lowptnudge, &
111                                           lowqnudge
112
113          IF ( ierrn /= 0 )  THEN
114             message_string = 'errors in file NUDGING_DATA'
115             CALL message( 'nudging', 'PA0366', 1, 2, 0, 6, 0 )
116          ENDIF
117
118          ierrn = 0
119          READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn ) highheight, hightnudge, highunudge,   &
120                                           highvnudge, highwnudge , highptnudge, &
121                                           highqnudge
122
123          IF ( ierrn /= 0 )  THEN
124             message_string = 'errors in file NUDGING_DATA'
125             CALL message( 'nudging', 'PA0366', 1, 2, 0, 6, 0 )
126          ENDIF
127
128          DO  k = nzb, nzt+1
129             IF ( highheight < zu(k) )  THEN
130                lowheight  = highheight
131                lowtnudge  = hightnudge
132                lowunudge  = highunudge
133                lowvnudge  = highvnudge
134                lowwnudge  = highwnudge
135                lowptnudge = highptnudge
136                lowqnudge  = highqnudge
137 
138                ierrn = 0
139                READ ( finput, *, IOSTAT=ierrn )  highheight , hightnudge , &
140                                                  highunudge , highvnudge , &
141                                                  highwnudge , highptnudge, &
142                                                  highqnudge
143                IF (ierrn /= 0 )  THEN
144                   message_string = 'errors in file NUDGING_DATA'
145                   CALL message( 'nudging', 'PA0366', 1, 2, 0, 6, 0 )
146                ENDIF
147             ENDIF
148
149!
150!--          Interpolation of prescribed profiles in space
151
152             fac = ( highheight - zu(k) ) / ( highheight - lowheight )
153
154             tnudge(k,t)  = fac * lowtnudge + ( 1 - fac ) * hightnudge
155             unudge(k,t)  = fac * lowunudge + ( 1 - fac ) * highunudge
156             vnudge(k,t)  = fac * lowvnudge + ( 1 - fac ) * highvnudge
157             wnudge(k,t)  = fac * lowwnudge + ( 1 - fac ) * highwnudge
158             ptnudge(k,t) = fac * lowptnudge + ( 1 - fac ) * highptnudge
159             qnudge(k,t)  = fac * lowqnudge + ( 1 - fac ) * highqnudge
160          ENDDO
161
162       ENDDO rloop
163
164       CLOSE ( finput )
165
166!
167!--    Prevent nudging if nudging profiles exhibt too small values
168!--    not used so far
169       lptnudge  = ANY( ABS( ptnudge ) > 1e-8 )
170       lqnudge   = ANY( ABS( qnudge ) > 1e-8 )
171       lunudge   = ANY( ABS( unudge ) > 1e-8 )
172       lvnudge   = ANY( ABS( vnudge ) > 1e-8 )
173       lwnudge   = ANY( ABS( wnudge ) > 1e-8 )
174
175    END SUBROUTINE init_nudge
176
177!------------------------------------------------------------------------------!
178! Call for all grid points
179!------------------------------------------------------------------------------!
180    SUBROUTINE nudge ( time, prog_var )
181
182       USE arrays_3d
183       USE buoyancy_mod
184       USE control_parameters
185       USE cpulog
186       USE indices
187       USE interfaces
188       USE pegrid
189       USE statistics 
190
191       IMPLICIT NONE
192
193       CHARACTER (LEN=*) ::  prog_var
194
195       REAL :: currtnudge, dtm, dtp, time
196
197       INTEGER ::  i, j, k, t
198
199
200       t = 1
201       DO WHILE ( time > timenudge(t) )
202         t = t+1
203       ENDDO
204       IF ( time /= timenudge(1) ) THEN
205         t = t-1
206       ENDIF
207
208       dtm = ( time - timenudge(t) ) / ( timenudge(t+1) - timenudge(t) )
209       dtp = ( timenudge(t+1) - time ) / ( timenudge(t+1) - timenudge(t) )
210
211       SELECT CASE ( prog_var )
212
213          CASE ( 'u' )
214
215             CALL calc_mean_profile( u, 1, 'nudging' )
216
217             DO  i = nxl, nxr
218                DO  j = nys, nyn
219                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
220
221                      currtnudge = MAX( dt_3d, tnudge(k,t) * dtp +  &
222                                               tnudge(k,t+1) * dtm )
223
224
225                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - ( hom(k,1,1,0) - &
226                                    ( unudge(k,t) * dtp + &
227                                       unudge(k,t+1) * dtm ) ) / currtnudge
228                   ENDDO
229                ENDDO
230            ENDDO
231
232          CASE ( 'v' )
233
234             CALL calc_mean_profile( v, 2, 'nudging' )
235
236             DO  i = nxl, nxr
237                DO  j = nys, nyn
238                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
239
240                      currtnudge = MAX( dt_3d, tnudge(k,t) * dtp +  &
241                                               tnudge(k,t+1) * dtm )
242
243
244                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - ( hom(k,1,2,0) - &
245                                    ( vnudge(k,t) * dtp + &
246                                       vnudge(k,t+1) * dtm ) ) / currtnudge
247                   ENDDO
248                ENDDO
249            ENDDO
250
251          CASE ( 'pt' )
252
253             CALL calc_mean_profile( v, 4, 'nudging' )
254
255             DO  i = nxl, nxr
256                DO  j = nys, nyn
257                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
258
259                      currtnudge = MAX( dt_3d, tnudge(k,t) * dtp +  &
260                                               tnudge(k,t+1) * dtm )
261
262
263                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - ( hom(k,1,4,0) - &
264                                    ( ptnudge(k,t) * dtp + &
265                                       ptnudge(k,t+1) * dtm ) ) / currtnudge
266                   ENDDO
267                ENDDO
268            ENDDO
269
270          CASE ( 'q' )
271
272             CALL calc_mean_profile( v, 41, 'nudging' )
273
274             DO  i = nxl, nxr
275                DO  j = nys, nyn
276                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
277
278                      currtnudge = MAX( dt_3d, tnudge(k,t) * dtp +  &
279                                               tnudge(k,t+1) * dtm )
280
281
282                      tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - ( hom(k,1,41,0) - &
283                                    ( qnudge(k,t) * dtp + &
284                                       qnudge(k,t+1) * dtm ) ) / currtnudge
285                   ENDDO
286                ENDDO
287            ENDDO
288
289          CASE DEFAULT
290             message_string = 'unknown prognostic variable "' // prog_var // '"'
291             CALL message( 'nudge', 'PA0367', 1, 2, 0, 6, 0 )
292
293       END SELECT
294
295    END SUBROUTINE nudge
296
297
298!------------------------------------------------------------------------------!
299! Call for grid point i,j
300!------------------------------------------------------------------------------!
301
302    SUBROUTINE nudge_ij( i, j, time, prog_var )
303
304       USE arrays_3d
305       USE buoyancy_mod
306       USE control_parameters
307       USE cpulog
308       USE indices
309       USE interfaces
310       USE pegrid
311       USE statistics 
312
313       IMPLICIT NONE
314
315       CHARACTER (LEN=*) ::  prog_var
316
317       REAL :: currtnudge, dtm, dtp, time
318
319       INTEGER ::  i, j, k, t
320
321
322       t = 1
323       DO WHILE ( time > timenudge(t) )
324         t = t+1
325       ENDDO
326       IF ( time /= timenudge(1) )  THEN
327         t = t-1
328       ENDIF
329
330       dtm = ( time - timenudge(t) ) / ( timenudge(t+1) - timenudge(t) )
331       dtp = ( timenudge(t+1) - time ) / ( timenudge(t+1) - timenudge(t) )
332
333       SELECT CASE ( prog_var )
334
335          CASE ( 'u' )
336
337             CALL calc_mean_profile( u, 1, 'nudging' )
338
339             DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
340
341                currtnudge = MAX( dt_3d, tnudge(k,t) * dtp + tnudge(k,t+1) * dtm )
342
343                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - ( hom(k,1,1,0) - &
344                               ( unudge(k,t) * dtp + &
345                                 unudge(k,t+1) * dtm ) ) / currtnudge
346             ENDDO
347
348          CASE ( 'v' )
349
350             CALL calc_mean_profile( v, 2, 'nudging' )
351
352             DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
353
354                currtnudge = MAX( dt_3d, tnudge(k,t) * dtp + tnudge(k,t+1) * dtm )
355
356                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - ( hom(k,1,2,0) - &
357                               ( vnudge(k,t) * dtp + &
358                                 vnudge(k,t+1) * dtm ) ) / currtnudge
359             ENDDO
360
361
362          CASE ( 'pt' )
363
364             CALL calc_mean_profile( pt, 4, 'nudging' )
365
366             DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
367
368                currtnudge = MAX( dt_3d, tnudge(k,t) * dtp + tnudge(k,t+1) * dtm )
369
370                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - ( hom(k,1,4,0) - &
371                               ( ptnudge(k,t) * dtp + &
372                                 ptnudge(k,t+1) * dtm ) ) / currtnudge
373             ENDDO
374
375
376          CASE ( 'q' )
377
378             CALL calc_mean_profile( q, 41, 'nudging' )
379
380             DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
381
382                currtnudge = MAX( dt_3d, tnudge(k,t) * dtp + tnudge(k,t+1) * dtm )
383
384                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - ( hom(k,1,41,0) - &
385                               ( qnudge(k,t) * dtp + &
386                                 qnudge(k,t+1) * dtm ) ) / currtnudge
387             ENDDO
388
389          CASE DEFAULT
390             message_string = 'unknown prognostic variable "' // prog_var // '"'
391             CALL message( 'nudge', 'PA0367', 1, 2, 0, 6, 0 )
392
393       END SELECT
394
395
396    END SUBROUTINE nudge_ij
397
398 END MODULE nudge_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.