source: palm/trunk/SOURCE/poismg_mod.f90 @ 4845

Last change on this file since 4845 was 4832, checked in by raasch, 4 years ago

bugfix in redblack algorithm: lower i,j indices need to start alternatively with even or odd value on the coarsest grid level, if the subdomain has an uneven number of gridpoints along x/y; some debug output flushed

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 97.2 KB
RevLine 
[1931]1!> @file poismg.f90
[4649]2!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[2696]3! This file is part of the PALM model system.
[1575]4!
[4649]5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General
6! Public License as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
7! (at your option) any later version.
[1575]8!
[4649]9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the
10! implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General
11! Public License for more details.
[1575]12!
[4649]13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with PALM. If not, see
14! <http://www.gnu.org/licenses/>.
[1575]15!
[4828]16! Copyright 1997-2021 Leibniz Universitaet Hannover
[4649]17!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]18!
[4649]19!
[1575]20! Current revisions:
21! -----------------
[4649]22!
23!
[1576]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: poismg_mod.f90 4832 2021-01-07 07:15:12Z raasch $
[4832]27! bugfix in redblack algorithm: lower i,j indices need to start alternatively with even or odd
28! value on the coarsest grid level, if the subdomain has an uneven number of gridpoints along x/y
29!
30! 4828 2021-01-05 11:21:41Z Giersch
[4649]31! File re-formatted to follow the PALM coding standard
32!
33!
34! 4457 2020-03-11 14:20:43Z raasch
35! Use statement for exchange horiz added
36!
[4457]37! 4432 2020-02-28 07:43:21Z raasch
[4649]38! Bugfix for previous revision (vector directive was changed by mistake)
39!
[4432]40! 4429 2020-02-27 15:24:30Z raasch
[4649]41! Statement added to avoid compile error due to unused dummy argument
42! Bugfix: cpp-directives added for serial mode
43!
[4429]44! 4360 2020-01-07 11:25:50Z suehring
[4182]45! Corrected "Former revisions" section
[4649]46!
[4182]47! 3725 2019-02-07 10:11:02Z raasch
[4649]48! Unused subroutine removed
49!
[3725]50! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
[4649]51! Unnecessary check eliminated
[3182]52!
[4182]53! Following optimisations have been made:
[4649]54! - Vectorisation (for Intel-CPUs) of the red-black algorithm by resorting array elements with even
55!   and odd indices
56! - Explicit boundary conditions for building walls removed (solver is running through the
57!   buildings)
58! - Reduced data transfer in case of ghost point exchange, because only "red" or "black" data points
59!   need to be exchanged. This is not applied for coarser grid levels, since for then the transfer
60!   time is latency bound
[4182]61!
62!
[4649]63!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]64! Description:
65! ------------
[4649]66!> Solves the Poisson equation for the perturbation pressure with a multigrid V- or W-Cycle scheme.
[1682]67!>
68!> This multigrid method was originally developed for PALM by Joerg Uhlenbrock,
[4649]69!> September 2000 - July 2001. It has been optimised for speed by Klaus Ketelsen in November 2014.
[1682]70!>
[4649]71!> @attention Loop unrolling and cache optimization in SOR-Red/Black method still does not give the
72!             expected speedup!
73!>
[1682]74!> @todo Further work required.
[4649]75!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1682]76 MODULE poismg_mod
[1575]77
[4649]78    USE control_parameters,                                                                        &
79        ONLY:  bc_dirichlet_l,                                                                     &
80               bc_dirichlet_n,                                                                     &
81               bc_dirichlet_r,                                                                     &
82               bc_dirichlet_s,                                                                     &
83               bc_radiation_l,                                                                     &
84               bc_radiation_n,                                                                     &
85               bc_radiation_r,                                                                     &
86               bc_radiation_s,                                                                     &
87               grid_level,                                                                         &
88               nesting_offline
[1609]89
[4649]90    USE cpulog,                                                                                    &
91        ONLY:  cpu_log,                                                                            &
92               log_point_s
93
94    USE exchange_horiz_mod,                                                                        &
[4457]95        ONLY:  exchange_horiz
96
[1575]97    USE kinds
[1609]98
[1575]99    USE pegrid
100
101    PRIVATE
102
[1682]103    INTEGER, SAVE                             ::  ind_even_odd    !< border index between even and odd k index
[4649]104
[1682]105    INTEGER, DIMENSION(:), SAVE, ALLOCATABLE  ::  even_odd_level  !< stores ind_even_odd for all MG levels
[1575]106
[1682]107    REAL(wp), DIMENSION(:,:), SAVE, ALLOCATABLE ::  f1_mg_b, f2_mg_b, f3_mg_b  !< blocked version of f1_mg ...
[1575]108
[1931]109    INTERFACE poismg
110       MODULE PROCEDURE poismg
111    END INTERFACE poismg
[1575]112
113    INTERFACE sort_k_to_even_odd_blocks
114       MODULE PROCEDURE sort_k_to_even_odd_blocks
[3725]115!       MODULE PROCEDURE sort_k_to_even_odd_blocks_int
[1575]116       MODULE PROCEDURE sort_k_to_even_odd_blocks_1d
117    END INTERFACE sort_k_to_even_odd_blocks
118
[1931]119    PUBLIC poismg
[1575]120
121 CONTAINS
122
[4649]123!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1682]124! Description:
125! ------------
[4649]126!> Solves the Poisson equation for the perturbation pressure with a multigrid V- or W-Cycle scheme.
127!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
128 SUBROUTINE poismg( r )
[1575]129
[4649]130    USE arrays_3d,                                                                                 &
131        ONLY:  d,                                                                                  &
132               p_loc
[1575]133
[4649]134    USE control_parameters,                                                                        &
135        ONLY:  bc_lr_cyc,                                                                          &
136               bc_ns_cyc,                                                                          &
137               gathered_size,                                                                      &
138               grid_level,                                                                         &
139               grid_level_count,                                                                   &
140               ibc_p_t,                                                                            &
141               maximum_grid_level,                                                                 &
142               message_string,                                                                     &
143               mgcycles,                                                                           &
144               mg_cycles,                                                                          &
145               mg_switch_to_pe0_level,                                                             &
146               residual_limit,                                                                     &
147               subdomain_size
[1575]148
[4649]149    USE cpulog,                                                                                    &
150        ONLY:  cpu_log,                                                                            &
151               log_point_s
[1575]152
[4649]153    USE indices,                                                                                   &
154        ONLY:  nxl,                                                                                &
155               nxlg,                                                                               &
156               nxl_mg,                                                                             &
157               nxr,                                                                                &
158               nxrg,                                                                               &
159               nxr_mg,                                                                             &
160               nys,                                                                                &
161               nysg,                                                                               &
162               nys_mg,                                                                             &
163               nyn,                                                                                &
164               nyng,                                                                               &
165               nyn_mg,                                                                             &
166               nzb,                                                                                &
167               nzt,                                                                                &
168               nzt_mg
[1575]169
[4649]170    IMPLICIT NONE
[1575]171
[4649]172    REAL(wp) ::  maxerror          !<
173    REAL(wp) ::  maximum_mgcycles  !<
174    REAL(wp) ::  residual_norm     !<
[1575]175
[4649]176    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ::  r  !<
[1575]177
[4649]178    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  p3  !<
[1575]179
180
[4649]181    CALL cpu_log( log_point_s(29), 'poismg', 'start' )
[1575]182!
[4649]183!-- Initialize arrays and variables used in this subroutine
[1575]184
[4649]185!-- If the number of grid points of the gathered grid, which is collected on PE0, is larger than the
186!-- number of grid points of a PE, than array p3 will be enlarged.
187    IF ( gathered_size > subdomain_size )  THEN
188       ALLOCATE( p3(nzb:nzt_mg(mg_switch_to_pe0_level)+1,nys_mg(                                   &
189                 mg_switch_to_pe0_level)-1:nyn_mg(mg_switch_to_pe0_level)+1,                       &
190                 nxl_mg(mg_switch_to_pe0_level)-1:nxr_mg(mg_switch_to_pe0_level)+1) )
191    ELSE
192       ALLOCATE ( p3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
193    ENDIF
[1575]194
[4649]195    p3 = 0.0_wp
[1575]196
[4649]197
[1575]198!
[4649]199!-- Ghost boundaries have to be added to divergence array.
200!-- Exchange routine needs to know the grid level!
201    grid_level = maximum_grid_level
202    CALL exchange_horiz( d, 1)
[2939]203!
[4649]204!-- Set bottom and top boundary conditions
205    d(nzb,:,:) = d(nzb+1,:,:)
206    IF ( ibc_p_t == 1 )  d(nzt+1,:,: ) = d(nzt,:,:)
[1575]207!
[4649]208!-- Set lateral boundary conditions in non-cyclic case
209    IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
210       IF ( bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l )  d(:,:,nxl-1) = d(:,:,nxl)
211       IF ( bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r )  d(:,:,nxr+1) = d(:,:,nxr)
212    ENDIF
213    IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
214       IF ( bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n )  d(:,nyn+1,:) = d(:,nyn,:)
215       IF ( bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )  d(:,nys-1,:) = d(:,nys,:)
216    ENDIF
[2939]217!
[4649]218!-- Initiation of the multigrid scheme. Does n cycles until the residual is smaller than the given
219!-- limit. The accuracy of the solution of the poisson equation will increase with the number of
220!-- cycles. If the number of cycles is preset by the user, this number will be carried out
221!-- regardless of the accuracy.
222    grid_level_count =  0
223    mgcycles         =  0
224    IF ( mg_cycles == -1 )  THEN
225       maximum_mgcycles = 0
226       residual_norm    = 1.0_wp
227    ELSE
228       maximum_mgcycles = mg_cycles
229       residual_norm    = 0.0_wp
230    ENDIF
[1575]231
232!
[4649]233!-- Initial settings for sorting k-dimension from sequential order (alternate even/odd) into blocks
234!-- of even and odd or vice versa
235    CALL init_even_odd_blocks
[1575]236
237!
[4649]238!-- Sort input arrays in even/odd blocks along k-dimension
239    CALL sort_k_to_even_odd_blocks( d, grid_level )
240    CALL sort_k_to_even_odd_blocks( p_loc, grid_level )
[1575]241
242!
[4649]243!-- The complete multigrid cycles are running in block mode, i.e. over seperate data blocks of even
244!-- and odd indices
245    DO WHILE ( residual_norm > residual_limit  .OR.  mgcycles < maximum_mgcycles )
[1575]246
[4649]247       CALL next_mg_level( d, p_loc, p3, r)
248
[1575]249!
[4649]250!--    Calculate the residual if the user has not preset the number of cycles to be performed
251       IF ( maximum_mgcycles == 0 )  THEN
252          CALL resid( d, p_loc, r )
253          maxerror = SUM( r(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)**2 )
[1575]254
255#if defined( __parallel )
[4649]256          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
257             CALL MPI_ALLREDUCE( maxerror, residual_norm, 1, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr)
[1575]258#else
[4649]259             residual_norm = maxerror
[1575]260#endif
[4649]261          residual_norm = SQRT( residual_norm )
262       ENDIF
[1575]263
[4649]264       mgcycles = mgcycles + 1
[1575]265
266!
[4649]267!--    If the user has not limited the number of cycles, stop the run in case of insufficient
268!--    convergence
269       IF ( mgcycles > 1000  .AND.  mg_cycles == -1 )  THEN
270          message_string = 'no sufficient convergence within 1000 cycles'
271          CALL message( 'poismg', 'PA0283', 1, 2, 0, 6, 0 )
272       ENDIF
[1575]273
[4649]274    ENDDO
[1575]275
[4649]276    DEALLOCATE( p3 )
[1575]277!
[4649]278!-- Result has to be sorted back from even/odd blocks to sequential order
279    CALL sort_k_to_sequential( p_loc )
[1575]280!
[4649]281!-- Unset the grid level. Variable is used to determine the MPI datatypes for ghost point exchange
282    grid_level = 0
[1575]283
[4649]284    CALL cpu_log( log_point_s(29), 'poismg', 'stop' )
[1575]285
[4649]286 END SUBROUTINE poismg
[1575]287
288
[4649]289!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]290! Description:
291! ------------
[1682]292!> Computes the residual of the perturbation pressure.
[4649]293!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
294 SUBROUTINE resid( f_mg, p_mg, r )
[1575]295
[1682]296
[4649]297    USE arrays_3d,                                                                                 &
298        ONLY:  rho_air_mg
[1575]299
[4649]300    USE control_parameters,                                                                        &
301        ONLY:  bc_lr_cyc,                                                                          &
302               bc_ns_cyc,                                                                          &
303               ibc_p_b,                                                                            &
304               ibc_p_t
[1575]305
[4649]306    USE grid_variables,                                                                            &
307        ONLY:  ddx2_mg,                                                                            &
308               ddy2_mg
[1575]309
[4649]310    USE indices,                                                                                   &
311        ONLY:  nxl_mg,                                                                             &
312               nxr_mg,                                                                             &
313               nys_mg,                                                                             &
314               nyn_mg,                                                                             &
315               nzb,                                                                                &
316               nzt_mg
[1575]317
[4649]318    IMPLICIT NONE
[1575]319
[4649]320    INTEGER(iwp) ::  i    !< index variable along x
321    INTEGER(iwp) ::  j    !< index variable along y
322    INTEGER(iwp) ::  k    !< index variable along z
323    INTEGER(iwp) ::  l    !< index indicating grid level
324    INTEGER(iwp) ::  km1  !< index variable along z dimension (k-1)
325    INTEGER(iwp) ::  kp1  !< index variable along z dimension (k+1)
[1575]326
[4649]327    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
328                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) ::  f_mg  !< velocity divergence
329    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
330                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) ::  p_mg  !< perturbation pressure
331    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
332                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) ::  r     !< residuum of perturbation pressure
333
[1575]334!
[4649]335!-- Calculate the residual
336    l = grid_level
[1575]337
[4649]338    CALL cpu_log( log_point_s(53), 'resid', 'start' )
339    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k,km1,kp1)
340    !$OMP DO
341    DO  i = nxl_mg(l), nxr_mg(l)
342       DO  j = nys_mg(l), nyn_mg(l)
[1898]343             !DIR$ IVDEP
[4649]344          DO k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
345             km1 = k-ind_even_odd-1
346             kp1 = k-ind_even_odd
347             r(k,j,i) = f_mg(k,j,i) - rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l)                                 &
348                        * ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                                        &
349                        - rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) * ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )         &
350                        - f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i) - f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)              &
351                        + f1_mg_b(k,l) * p_mg(k,j,i)
[1575]352          ENDDO
[4649]353          !DIR$ IVDEP
354          DO k = nzb+1, ind_even_odd
355             km1 = k+ind_even_odd
356             kp1 = k+ind_even_odd+1
357             r(k,j,i) = f_mg(k,j,i) - rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l)                                 &
358                        * ( p_mg(k,j,i+1) +  p_mg(k,j,i-1) ) - rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l)        &
359                        * ( p_mg(k,j+1,i) +  p_mg(k,j-1,i) ) - f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)        &
360                        - f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)       + f1_mg_b(k,l) * p_mg(k,j,i)
361          ENDDO
[1898]362       ENDDO
[4649]363    ENDDO
364    !$OMP END PARALLEL
[1575]365!
[4649]366!-- Horizontal boundary conditions
367    CALL exchange_horiz( r, 1)
[1575]368
[4649]369    IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
370       IF ( bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l )  THEN
371          r(:,:,nxl_mg(l)-1) = r(:,:,nxl_mg(l))
[1575]372       ENDIF
[4649]373       IF ( bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r )  THEN
374          r(:,:,nxr_mg(l)+1) = r(:,:,nxr_mg(l))
375       ENDIF
376    ENDIF
[1575]377
[4649]378    IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
379       IF ( bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n )  THEN
380          r(:,nyn_mg(l)+1,:) = r(:,nyn_mg(l),:)
[1575]381       ENDIF
[4649]382       IF ( bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )  THEN
383          r(:,nys_mg(l)-1,:) = r(:,nys_mg(l),:)
384       ENDIF
385    ENDIF
[1575]386
387!
[4649]388!-- Boundary conditions at bottom and top of the domain. Points may be within buildings, but that
389!-- doesn't matter.
390    IF ( ibc_p_b == 1 )  THEN
[1898]391!
[4649]392!--    Equivalent to r(nzb,:,: ) = r(nzb+1,:,:)
393       r(nzb,:,: ) = r(ind_even_odd+1,:,:)
394    ELSE
395       r(nzb,:,: ) = 0.0_wp
396    ENDIF
[1575]397
[4649]398    IF ( ibc_p_t == 1 )  THEN
[1898]399!
[4649]400!--    Equivalent to r(nzt_mg(l)+1,:,: ) = r(nzt_mg(l),:,:)
401       r(nzt_mg(l)+1,:,: ) = r(ind_even_odd,:,:)
402    ELSE
403       r(nzt_mg(l)+1,:,: ) = 0.0_wp
404    ENDIF
[1575]405
[4649]406    CALL cpu_log( log_point_s(53), 'resid', 'stop' )
[1575]407
[4649]408 END SUBROUTINE resid
[1575]409
410
[4649]411!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]412! Description:
413! ------------
[4649]414!> Interpolates the residual on the next coarser grid with "full weighting" scheme
415!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
416 SUBROUTINE restrict( f_mg, r )
[1575]417
[1682]418
[4649]419    USE control_parameters,                                                                        &
420        ONLY:  bc_lr_cyc,                                                                          &
421               bc_ns_cyc,                                                                          &
422               ibc_p_b,                                                                            &
423               ibc_p_t
[1575]424
[4649]425    USE indices,                                                                                   &
426        ONLY:  nxl_mg,                                                                             &
427               nxr_mg,                                                                             &
428               nys_mg,                                                                             &
429               nyn_mg,                                                                             &
430               nzb,                                                                                &
431               nzt_mg
[1575]432
[4649]433    IMPLICIT NONE
[1575]434
[4649]435    INTEGER(iwp) ::  i    !< index variable along x on finer grid
436    INTEGER(iwp) ::  ic   !< index variable along x on coarser grid
437    INTEGER(iwp) ::  j    !< index variable along y on finer grid
438    INTEGER(iwp) ::  jc   !< index variable along y on coarser grid
439    INTEGER(iwp) ::  k    !< index variable along z on finer grid
440    INTEGER(iwp) ::  kc   !< index variable along z on coarser grid
441    INTEGER(iwp) ::  l    !< index indicating finer grid level
442    INTEGER(iwp) ::  km1  !< index variable along z dimension (k-1 on finer level)
443    INTEGER(iwp) ::  kp1  !< index variable along z dimension (k+1 on finer level)
[1575]444
445
[4649]446    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
447                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) ::  f_mg  !< Residual on coarser grid level
[1575]448
[4649]449    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level+1)+1,nys_mg(grid_level+1)-1:nyn_mg(grid_level+1)+1,  &
450                        nxl_mg(grid_level+1)-1:nxr_mg(grid_level+1)+1) ::  r  !< Residual on finer grid level
[1575]451
452!
[4649]453!-- Interpolate the residual
454    l = grid_level
[1575]455
[4649]456    CALL cpu_log( log_point_s(54), 'restrict', 'start' )
[1575]457!
[4649]458!-- No wall treatment
459    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k,ic,jc,kc,km1,kp1)
460    !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
461    DO  ic = nxl_mg(l), nxr_mg(l)
462       i = 2 * ic
463       DO  jc = nys_mg(l), nyn_mg(l)
[1575]464!
[4649]465!--       Calculation for the first point along k
466          j  = 2 * jc
[1898]467!
[4649]468!--       Calculation for the other points along k
469          !DIR$ IVDEP
470          DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l+1)    ! Fine grid at this point
471             km1 = k-ind_even_odd-1
472             kp1 = k-ind_even_odd
473             kc  = k-ind_even_odd               ! Coarse grid index
[1575]474
[4649]475             f_mg(kc,jc,ic) = 1.0_wp / 64.0_wp                                                     &
476                              * ( 8.0_wp * r(k,j,i) + 4.0_wp * ( r(k,j,i-1)     + r(k,j,i+1)       &
477                                                               + r(k,j+1,i)     + r(k,j-1,i)     ) &
478                                                    + 2.0_wp * ( r(k,j-1,i-1)   + r(k,j+1,i-1)     &
479                                                               + r(k,j-1,i+1)   + r(k,j+1,i+1)   ) &
480                                                    + 4.0_wp * r(km1,j,i)                          &
481                                                    + 2.0_wp * ( r(km1,j,i-1)   + r(km1,j,i+1)     &
482                                                               + r(km1,j+1,i)   + r(km1,j-1,i)   ) &
483                                                             + ( r(km1,j-1,i-1) + r(km1,j+1,i-1)   &
484                                                               + r(km1,j-1,i+1) + r(km1,j+1,i+1) ) &
485                                                    + 4.0_wp * r(kp1,j,i)                          &
486                                                    + 2.0_wp * ( r(kp1,j,i-1)   + r(kp1,j,i+1)     &
487                                                               + r(kp1,j+1,i)   + r(kp1,j-1,i)   ) &
488                                                             + ( r(kp1,j-1,i-1) + r(kp1,j+1,i-1)   &
489                                                               + r(kp1,j-1,i+1) + r(kp1,j+1,i+1) ) &
490                                )
[1575]491          ENDDO
[1898]492       ENDDO
[4649]493    ENDDO
494    !$OMP ENDDO
495    !$OMP END PARALLEL
[1575]496
497!
[4649]498!-- Ghost point exchange
499    CALL exchange_horiz( f_mg, 1)
[1575]500!
[4649]501!-- Horizontal boundary conditions
502    IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
503       IF ( bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l )  THEN
504          f_mg(:,:,nxl_mg(l)-1) = f_mg(:,:,nxl_mg(l))
[1575]505       ENDIF
[4649]506       IF ( bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r )  THEN
507          f_mg(:,:,nxr_mg(l)+1) = f_mg(:,:,nxr_mg(l))
508       ENDIF
509    ENDIF
[1575]510
[4649]511    IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
512       IF ( bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n )  THEN
513          f_mg(:,nyn_mg(l)+1,:) = f_mg(:,nyn_mg(l),:)
[1575]514       ENDIF
[4649]515       IF ( bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )  THEN
516          f_mg(:,nys_mg(l)-1,:) = f_mg(:,nys_mg(l),:)
517       ENDIF
518    ENDIF
[1575]519
520!
[4649]521!-- Boundary conditions at bottom and top of the domain. These points are not handled by the above
522!-- loop. Points may be within buildings, but that doesn't matter. Remark: f_mg is ordered
523!-- sequentielly after interpolation on coarse grid (is ordered in odd-even blocks further below).
524    IF ( ibc_p_b == 1 )  THEN
525       f_mg(nzb,:,: ) = f_mg(nzb+1,:,:)
526    ELSE
527       f_mg(nzb,:,: ) = 0.0_wp
528    ENDIF
[1575]529
[4649]530    IF ( ibc_p_t == 1 )  THEN
531       f_mg(nzt_mg(l)+1,:,: ) = f_mg(nzt_mg(l),:,:)
532    ELSE
533       f_mg(nzt_mg(l)+1,:,: ) = 0.0_wp
534    ENDIF
[1575]535
[4649]536    CALL cpu_log( log_point_s(54), 'restrict', 'stop' )
[1575]537!
[4649]538!-- Since residual is in sequential order after interpolation, an additional sorting in odd-even
539!-- blocks along z dimension is required at this point.
540    CALL sort_k_to_even_odd_blocks( f_mg , l)
[1575]541
[4649]542 END SUBROUTINE restrict
[1575]543
544
[4649]545!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]546! Description:
547! ------------
[4649]548!> Interpolates the correction of the perturbation pressure to the next finer grid.
549!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
550 SUBROUTINE prolong( p, temp )
[1575]551
[1682]552
[4649]553    USE control_parameters,                                                                        &
554        ONLY:  bc_lr_cyc,                                                                          &
555               bc_ns_cyc,                                                                          &
556               ibc_p_b,                                                                            &
557               ibc_p_t
558    USE indices,                                                                                   &
559        ONLY:  nxl_mg,                                                                             &
560               nxr_mg,                                                                             &
561               nys_mg,                                                                             &
562               nyn_mg,                                                                             &
563               nzb,                                                                                &
564               nzt_mg
[1575]565
[4649]566    IMPLICIT NONE
[1575]567
[4649]568    INTEGER(iwp) ::  i   !< index variable along x on coarser grid level
569    INTEGER(iwp) ::  j   !< index variable along y on coarser grid level
570    INTEGER(iwp) ::  k   !< index variable along z on coarser grid level
571    INTEGER(iwp) ::  l   !< index indicating finer grid level
572    INTEGER(iwp) ::  kp1 !< index variable along z
573    INTEGER(iwp) ::  ke  !< index for prolog even
574    INTEGER(iwp) ::  ko  !< index for prolog odd
[1575]575
[4649]576    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level-1)+1,nys_mg(grid_level-1)-1:nyn_mg(grid_level-1)+1,  &
577                        nxl_mg(grid_level-1)-1:nxr_mg(grid_level-1)+1 ) ::  p  !< perturbation pressure on coarser grid level
[1575]578
[4649]579    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
580                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) ::  temp  !< perturbation pressure on finer grid level
[1575]581
582
[4649]583    CALL cpu_log( log_point_s(55), 'prolong', 'start' )
[1575]584
585!
[4649]586!-- First, store elements of the coarser grid on the next finer grid
587    l = grid_level
588    ind_even_odd = even_odd_level(grid_level-1)
[1575]589
[4649]590    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k,kp1,ke,ko)
591    !$OMP DO
592    DO  i = nxl_mg(l-1), nxr_mg(l-1)
593       DO  j = nys_mg(l-1), nyn_mg(l-1)
[1575]594
[4649]595          !DIR$ IVDEP
596          DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l-1)
597             kp1 = k - ind_even_odd
598             ke  = 2 * ( k-ind_even_odd - 1 ) + 1
599             ko  = 2 * k - 1
[1575]600!
[4649]601!--          Points of the coarse grid are directly stored on the next finer grid
602             temp(ko,2*j,2*i)   = p(k,j,i)
[1575]603!
[4649]604!--          Points between two coarse-grid points
605             temp(ko,2*j,2*i+1) = 0.5_wp * ( p(k,j,i) + p(k,j,i+1) )
606             temp(ko,2*j+1,2*i) = 0.5_wp * ( p(k,j,i) + p(k,j+1,i) )
607             temp(ke,2*j,2*i)   = 0.5_wp * ( p(k,j,i) + p(kp1,j,i) )
[1575]608!
[4649]609!--          Points in the center of the planes stretched by four points of the coarse grid cube
610             temp(ko,2*j+1,2*i+1) = 0.25_wp * ( p(k,j,i)   + p(k,j,i+1) +                          &
611                                                p(k,j+1,i) + p(k,j+1,i+1) )
612             temp(ke,2*j,2*i+1)   = 0.25_wp * ( p(k,j,i)   + p(k,j,i+1) +                          &
613                                                p(kp1,j,i) + p(kp1,j,i+1) )
614             temp(ke,2*j+1,2*i)   = 0.25_wp * ( p(k,j,i)   + p(k,j+1,i) +                          &
615                                                p(kp1,j,i) + p(kp1,j+1,i) )
[1575]616!
[4649]617!--          Points in the middle of coarse grid cube
618             temp(ke,2*j+1,2*i+1) = 0.125_wp * ( p(k,j,i)     + p(k,j,i+1) + p(k,j+1,i)            &
619                                               + p(k,j+1,i+1) + p(kp1,j,i) + p(kp1,j,i+1)          &
620                                               + p(kp1,j+1,i) + p(kp1,j+1,i+1) )
[1898]621
[4649]622          ENDDO
[1575]623
[4649]624          !DIR$ IVDEP
625          DO  k = nzb+1, ind_even_odd
626             kp1 = k + ind_even_odd + 1
627             ke  = 2 * k
628             ko  = 2 * ( k + ind_even_odd )
[1575]629!
[4649]630!--          Points of the coarse grid are directly stored on the next finer grid
631             temp(ko,2*j,2*i)   = p(k,j,i)
[1575]632!
[4649]633!--          Points between two coarse-grid points
634             temp(ko,2*j,2*i+1) = 0.5_wp * ( p(k,j,i) + p(k,j,i+1) )
635             temp(ko,2*j+1,2*i) = 0.5_wp * ( p(k,j,i) + p(k,j+1,i) )
636             temp(ke,2*j,2*i)   = 0.5_wp * ( p(k,j,i) + p(kp1,j,i) )
[1575]637!
[4649]638!--          Points in the center of the planes stretched by four points
639!--          of the coarse grid cube
640             temp(ko,2*j+1,2*i+1) = 0.25_wp * ( p(k,j,i)   + p(k,j,i+1) +                          &
641                                                p(k,j+1,i) + p(k,j+1,i+1) )
642             temp(ke,2*j,2*i+1)   = 0.25_wp * ( p(k,j,i)   + p(k,j,i+1) +                          &
643                                                p(kp1,j,i) + p(kp1,j,i+1) )
644             temp(ke,2*j+1,2*i)   = 0.25_wp * ( p(k,j,i)   + p(k,j+1,i) +                          &
645                                                p(kp1,j,i) + p(kp1,j+1,i) )
[1575]646!
[4649]647!--          Points in the middle of coarse grid cube
648             temp(ke,2*j+1,2*i+1) = 0.125_wp * ( p(k,j,i)     + p(k,j,i+1) + p(k,j+1,i)            &
649                                               + p(k,j+1,i+1) + p(kp1,j,i) + p(kp1,j,i+1)          &
650                                               + p(kp1,j+1,i) + p(kp1,j+1,i+1) )
[1898]651
[4649]652          ENDDO
[1575]653
654       ENDDO
[4649]655    ENDDO
656    !$OMP END PARALLEL
[1575]657
[4649]658    ind_even_odd = even_odd_level(grid_level)
[1575]659!
[4649]660!-- Horizontal boundary conditions
661    CALL exchange_horiz( temp, 1)
[1575]662
[4649]663    IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
664       IF ( bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l )  THEN
665          temp(:,:,nxl_mg(l)-1) = temp(:,:,nxl_mg(l))
[1575]666       ENDIF
[4649]667       IF ( bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r )  THEN
668          temp(:,:,nxr_mg(l)+1) = temp(:,:,nxr_mg(l))
669       ENDIF
670    ENDIF
[1575]671
[4649]672    IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
673       IF ( bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n )  THEN
674          temp(:,nyn_mg(l)+1,:) = temp(:,nyn_mg(l),:)
[1575]675       ENDIF
[4649]676       IF ( bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )  THEN
677          temp(:,nys_mg(l)-1,:) = temp(:,nys_mg(l),:)
678       ENDIF
679    ENDIF
[1575]680
681!
[4649]682!-- Bottom and top boundary conditions
683    IF ( ibc_p_b == 1 )  THEN
[1898]684!
[4649]685!--    Equivalent to temp(nzb,:,: ) = temp(nzb+1,:,:)
686       temp(nzb,:,: ) = temp(ind_even_odd+1,:,:)
687    ELSE
688       temp(nzb,:,: ) = 0.0_wp
689    ENDIF
[1575]690
[4649]691    IF ( ibc_p_t == 1 )  THEN
[1898]692!
[4649]693!--    Equivalent to temp(nzt_mg(l)+1,:,: ) = temp(nzt_mg(l),:,:)
694       temp(nzt_mg(l)+1,:,: ) = temp(ind_even_odd,:,:)
695    ELSE
696       temp(nzt_mg(l)+1,:,: ) = 0.0_wp
697    ENDIF
[1575]698
[4649]699    CALL cpu_log( log_point_s(55), 'prolong', 'stop' )
[1575]700
[4649]701 END SUBROUTINE prolong
[1575]702
703
[4649]704!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]705! Description:
706! ------------
[4649]707!> Relaxation method for the multigrid scheme. A Gauss-Seidel iteration with 3D-Red-Black
708!> decomposition (GS-RB) is used.
709!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
710 SUBROUTINE redblack( f_mg, p_mg )
[1575]711
[1682]712
[4649]713    USE arrays_3d,                                                                                 &
714        ONLY:  rho_air_mg
[1575]715
[4649]716    USE control_parameters,                                                                        &
717        ONLY:  bc_lr_cyc,                                                                          &
718               bc_ns_cyc,                                                                          &
719               ibc_p_b,                                                                            &
720               ibc_p_t,                                                                            &
721               ngsrb
[1575]722
[4649]723    USE grid_variables,                                                                            &
724        ONLY:  ddx2_mg,                                                                            &
725               ddy2_mg
[1575]726
[4649]727    USE indices,                                                                                   &
728        ONLY:  nxl_mg,                                                                             &
729               nxr_mg,                                                                             &
730               nys_mg,                                                                             &
731               nyn_mg,                                                                             &
732               nzb,                                                                                &
733               nzt_mg
[1575]734
[4649]735    IMPLICIT NONE
[1575]736
[4649]737    INTEGER(iwp) ::  color  !< grid point color, either red or black
738    INTEGER(iwp) ::  i      !< index variable along x
739    INTEGER(iwp) ::  ic     !< index variable along x
740    INTEGER(iwp) ::  j      !< index variable along y
741    INTEGER(iwp) ::  jc     !< index variable along y
742    INTEGER(iwp) ::  jj     !< index variable along y
743    INTEGER(iwp) ::  k      !< index variable along z
744    INTEGER(iwp) ::  km1    !< index variable (k-1)
745    INTEGER(iwp) ::  kp1    !< index variable (k+1)
746    INTEGER(iwp) ::  l      !< grid level
747    INTEGER(iwp) ::  n      !< loop variable Gauß-Seidel iterations
[4832]748    INTEGER(iwp) ::  save_nxl_mg  !< to save nxl_mg on coarsest level 1
749    INTEGER(iwp) ::  save_nys_mg  !< to save nys_mg on coarsest level 1
[1575]750
751
[4832]752    LOGICAL ::  adjust_lower_i_index  !< adjust lower limit of i loop in case of odd number of grid points
753    LOGICAL ::  adjust_lower_j_index  !< adjust lower limit of j loop in case of odd number of grid points
754    LOGICAL ::  unroll                !< flag indicating whether loop unrolling is possible
[1575]755
[4649]756    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
757                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) ::  f_mg  !< residual of perturbation pressure
758    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
759                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) ::  p_mg  !< perturbation pressure
[1575]760
[4832]761
[4649]762    l = grid_level
[1575]763
[4649]764    unroll = ( MOD( nyn_mg(l)-nys_mg(l)+1, 4 ) == 0  .AND.  MOD( nxr_mg(l)-nxl_mg(l)+1, 2 ) == 0 )
[1575]765
[4832]766!
767!-- The red/black decomposition requires that on the lower i,j indices need to start alternatively with an
768!-- even or odd value on the coarsest grid level, depending on the core-id, and if the subdomain has an
769!-- uneven number of gridpoints along x/y. Set the respective steering switches here.
770    IF ( l == 1  .AND.  MOD( myidx, 2 ) /= 0  .AND.  MOD( nxl_mg(l) - nxr_mg(l), 2 ) == 0 )  THEN
771       adjust_lower_i_index = .TRUE.
772       save_nxl_mg = nxl_mg(1)
773    ELSE
774       adjust_lower_i_index = .FALSE.
775    ENDIF
776    IF ( l == 1  .AND.  MOD( myidy, 2 ) /= 0  .AND.  MOD( nyn_mg(l) - nys_mg(l), 2 ) == 0 )  THEN
777       adjust_lower_j_index = .TRUE.
778       save_nys_mg = nys_mg(l)
779    ELSE
780       adjust_lower_j_index = .FALSE.
781    ENDIF
782
783
[4649]784    DO  n = 1, ngsrb
[1575]785
[4649]786       DO  color = 1, 2
787
788          IF ( .NOT. unroll )  THEN
789
790             CALL cpu_log( log_point_s(36), 'redblack_no_unroll_f', 'start' )
[4832]791
792             IF ( adjust_lower_i_index )  THEN
793                nxl_mg(l) = save_nxl_mg + 1
794             ENDIF
795
796             IF ( adjust_lower_j_index )  THEN
797                IF ( color == 1 )  THEN
798                  nys_mg(l) = save_nys_mg - 1
799                ELSE
800                  nys_mg(l) = save_nys_mg + 1
801                ENDIF
802             ENDIF
[1575]803!
[4649]804!--          Without unrolling of loops, no cache optimization
805             !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k,km1,kp1)
806             !$OMP DO
807             DO  i = nxl_mg(l), nxr_mg(l), 2
808                DO  j = nys_mg(l) + 2 - color, nyn_mg(l), 2
809                   !DIR$ IVDEP
810                   DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
811                      km1 = k-ind_even_odd-1
812                      kp1 = k-ind_even_odd
813                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l)                                          &
814                                    * ( rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                             &
815                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
816                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
817                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
818                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
819                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i) - f_mg(k,j,i)                   &
820                                       )
[1575]821                   ENDDO
[1898]822                ENDDO
[4649]823             ENDDO
824
[4832]825             IF ( adjust_lower_i_index )  THEN
826                nxl_mg(l) = save_nxl_mg - 1
827             ENDIF
828
829             IF ( adjust_lower_j_index )  THEN
830                IF ( color == 1 )  THEN
831                  nys_mg(l) = save_nys_mg + 1
832                ELSE
833                  nys_mg(l) = save_nys_mg - 1
834                ENDIF
835             ENDIF
836
[4649]837             !$OMP DO
838             DO  i = nxl_mg(l)+1, nxr_mg(l), 2
839                DO  j = nys_mg(l) + (color-1), nyn_mg(l), 2
840                    !DIR$ IVDEP
841                    DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
842                      km1 = k-ind_even_odd-1
843                      kp1 = k-ind_even_odd
844                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l) * (                                      &
845                                      rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                               &
846                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
847                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
848                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
849                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
850                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)                                 &
851                                    - f_mg(k,j,i)           )
[1575]852                   ENDDO
[1898]853                ENDDO
[4649]854             ENDDO
855
[4832]856             IF ( adjust_lower_i_index )  THEN
857                nxl_mg(l) = save_nxl_mg + 1
858             ENDIF
859
860             IF ( adjust_lower_j_index )  THEN
861                IF ( color == 1 )  THEN
862                  nys_mg(l) = save_nys_mg + 1
863                ELSE
864                  nys_mg(l) = save_nys_mg - 1
865                ENDIF
866             ENDIF
867
[4649]868             !$OMP DO
869             DO  i = nxl_mg(l), nxr_mg(l), 2
870                DO  j = nys_mg(l) + (color-1), nyn_mg(l), 2
871                   !DIR$ IVDEP
872                   DO  k = nzb+1, ind_even_odd
873                      km1 = k+ind_even_odd
874                      kp1 = k+ind_even_odd+1
875                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l) * (                                      &
876                                      rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                               &
877                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
878                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
879                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
880                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
881                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)                                 &
882                                    - f_mg(k,j,i)           )
[1575]883                   ENDDO
[1898]884                ENDDO
[4649]885             ENDDO
[1575]886
[4832]887             IF ( adjust_lower_i_index )  THEN
888                nxl_mg(l) = save_nxl_mg - 1
889             ENDIF
890
891             IF ( adjust_lower_j_index )  THEN
892                IF ( color == 1 )  THEN
893                  nys_mg(l) = save_nys_mg - 1
894                ELSE
895                  nys_mg(l) = save_nys_mg + 1
896                ENDIF
897             ENDIF
898
[4649]899             !$OMP DO
900             DO  i = nxl_mg(l)+1, nxr_mg(l), 2
901                DO  j = nys_mg(l) + 2 - color, nyn_mg(l), 2
902                   !DIR$ IVDEP
903                   DO  k = nzb+1, ind_even_odd
904                      km1 = k+ind_even_odd
905                      kp1 = k+ind_even_odd+1
906                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l) * (                                      &
907                                      rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                               &
908                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
909                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
910                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
911                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
912                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)                                 &
913                                    - f_mg(k,j,i)           )
[1575]914                   ENDDO
[1898]915                ENDDO
[4649]916             ENDDO
917             !$OMP END PARALLEL
[1575]918
[4649]919             CALL cpu_log( log_point_s(36), 'redblack_no_unroll_f', 'stop' )
[1575]920
[4649]921          ELSE
[1575]922!
[4649]923!--          Loop unrolling along y, only one i loop for better cache use
924             CALL cpu_log( log_point_s(38), 'redblack_unroll_f', 'start' )
[1575]925
[4649]926             !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k,ic,jc,km1,kp1,jj)
927             !$OMP DO
928             DO  ic = nxl_mg(l), nxr_mg(l), 2
929                DO  jc = nys_mg(l), nyn_mg(l), 4
930                   i  = ic
931                   jj = jc+2-color
932                   !DIR$ IVDEP
933                   DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
934                      km1 = k-ind_even_odd-1
935                      kp1 = k-ind_even_odd
936                      j   = jj
937                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l) * (                                      &
938                                      rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                               &
939                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
940                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
941                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
942                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
943                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)                                 &
944                                    - f_mg(k,j,i)           )
[1575]945
[4649]946                      j = jj+2
947                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l) * (                                      &
948                                      rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                               &
949                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
950                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
951                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
952                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
953                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)                                 &
954                                    - f_mg(k,j,i)           )
955                   ENDDO
[1575]956
[4649]957                   i  = ic+1
958                   jj = jc+color-1
959                   !DIR$ IVDEP
960                   DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
961                      km1 = k-ind_even_odd-1
962                      kp1 = k-ind_even_odd
963                      j   = jj
964                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l) * (                                      &
965                                      rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                               &
966                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
967                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
968                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
969                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
970                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)                                 &
971                                    - f_mg(k,j,i)           )
[1575]972
[4649]973                      j = jj+2
974                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l) * (                                      &
975                                      rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                               &
976                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
977                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
978                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
979                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
980                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)                                 &
981                                    - f_mg(k,j,i)           )
982                   ENDDO
[1575]983
[4649]984                   i  = ic
985                   jj = jc+color-1
986                   !DIR$ IVDEP
987                   DO  k = nzb+1, ind_even_odd
988                      km1 = k+ind_even_odd
989                      kp1 = k+ind_even_odd+1
990                      j   = jj
991                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l) * (                                      &
992                                      rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                               &
993                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
994                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
995                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
996                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
997                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)                                 &
998                                    - f_mg(k,j,i)           )
999
1000                      j = jj+2
1001                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l) * (                                      &
1002                                      rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                               &
1003                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
1004                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
1005                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
1006                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
1007                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)                                 &
1008                                    - f_mg(k,j,i)           )
[1575]1009                   ENDDO
[4649]1010
1011                   i  = ic+1
1012                   jj = jc+2-color
1013                   !DIR$ IVDEP
1014                   DO  k = nzb+1, ind_even_odd
1015                      km1 = k+ind_even_odd
1016                      kp1 = k+ind_even_odd+1
1017                      j   = jj
1018                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l) * (                                      &
1019                                      rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                               &
1020                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
1021                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
1022                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
1023                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
1024                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)                                 &
1025                                    - f_mg(k,j,i)           )
1026
1027                      j = jj+2
1028                      p_mg(k,j,i) = 1.0_wp / f1_mg_b(k,l) * (                                      &
1029                                      rho_air_mg(k,l) * ddx2_mg(l) *                               &
1030                                    ( p_mg(k,j,i+1) + p_mg(k,j,i-1) )                              &
1031                                    + rho_air_mg(k,l) * ddy2_mg(l) *                               &
1032                                    ( p_mg(k,j+1,i) + p_mg(k,j-1,i) )                              &
1033                                    + f2_mg_b(k,l) * p_mg(kp1,j,i)                                 &
1034                                    + f3_mg_b(k,l) * p_mg(km1,j,i)                                 &
1035                                    - f_mg(k,j,i)           )
1036                   ENDDO
1037
[1898]1038                ENDDO
[4649]1039             ENDDO
1040             !$OMP END PARALLEL
[1575]1041
[4649]1042             CALL cpu_log( log_point_s(38), 'redblack_unroll_f', 'stop' )
[1575]1043
[4649]1044          ENDIF
[1575]1045
1046!
[4649]1047!--       Horizontal boundary conditions
1048          CALL special_exchange_horiz( p_mg, color )
[1575]1049
[4649]1050          IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
1051             IF ( bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l )  THEN
1052                p_mg(:,:,nxl_mg(l)-1) = p_mg(:,:,nxl_mg(l))
[1575]1053             ENDIF
[4649]1054             IF ( bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r )  THEN
1055                p_mg(:,:,nxr_mg(l)+1) = p_mg(:,:,nxr_mg(l))
1056             ENDIF
1057          ENDIF
[1575]1058
[4649]1059          IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
1060             IF ( bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n )  THEN
1061                p_mg(:,nyn_mg(l)+1,:) = p_mg(:,nyn_mg(l),:)
[1575]1062             ENDIF
[4649]1063             IF ( bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )  THEN
1064                p_mg(:,nys_mg(l)-1,:) = p_mg(:,nys_mg(l),:)
1065             ENDIF
1066          ENDIF
[1575]1067
1068!
[4649]1069!--       Bottom and top boundary conditions
1070          IF ( ibc_p_b == 1 )  THEN
[1898]1071!
[4649]1072!--          Equivalent to p_mg(nzb,:,: ) = p_mg(nzb+1,:,:)
1073             p_mg(nzb,:,: ) = p_mg(ind_even_odd+1,:,:)
1074          ELSE
1075             p_mg(nzb,:,: ) = 0.0_wp
1076          ENDIF
[1575]1077
[4649]1078          IF ( ibc_p_t == 1 )  THEN
[1898]1079!
[4649]1080!--          Equivalent to p_mg(nzt_mg(l)+1,:,: ) = p_mg(nzt_mg(l),:,:)
1081             p_mg(nzt_mg(l)+1,:,: ) = p_mg(ind_even_odd,:,:)
1082          ELSE
1083             p_mg(nzt_mg(l)+1,:,: ) = 0.0_wp
1084          ENDIF
[1575]1085
1086       ENDDO
1087
[4649]1088    ENDDO
[1575]1089
[4832]1090!
1091!-- Reset lower index limits to their standard values (may happen on coarsest levels only)
1092    IF ( adjust_lower_i_index )  THEN
1093       nxl_mg(l) = save_nxl_mg
1094    ENDIF
1095
1096    IF ( adjust_lower_j_index )  THEN
1097       nys_mg(l) = save_nys_mg
1098    ENDIF
1099
1100
[4649]1101 END SUBROUTINE redblack
[1575]1102
[4649]1103
1104!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]1105! Description:
1106! ------------
[4649]1107!> Sort k-dimension from sequential into blocks of even and odd. This is required to vectorize the
1108!> red-black subroutine. Version for 3D-REAL arrays
1109!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1110 SUBROUTINE sort_k_to_even_odd_blocks( p_mg , glevel )
[1575]1111
[1682]1112
[4649]1113    USE indices,                                                                                   &
1114        ONLY:  nxl_mg,                                                                             &
1115               nxr_mg,                                                                             &
1116               nys_mg,                                                                             &
1117               nyn_mg,                                                                             &
1118               nzb,                                                                                &
1119               nzt_mg
[1575]1120
[4649]1121    IMPLICIT NONE
[1575]1122
[4649]1123    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  glevel  !< grid level
[1575]1124
[4649]1125    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(glevel)+1,nys_mg(glevel)-1:nyn_mg(glevel)+1,                    &
1126                        nxl_mg(glevel)-1:nxr_mg(glevel)+1) ::  p_mg  !< array to be sorted
[1575]1127!
[4649]1128!-- Local variables
1129    INTEGER(iwp) ::  i    !< index variable along x
1130    INTEGER(iwp) ::  ind  !< index variable along z
1131    INTEGER(iwp) ::  j    !< index variable along y
1132    INTEGER(iwp) ::  k    !< index variable along z
1133    INTEGER(iwp) ::  l    !< grid level
[1575]1134
[4649]1135    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(glevel)+1) ::  tmp  !< odd-even sorted temporary array
[1575]1136
1137
[4649]1138    CALL cpu_log( log_point_s(52), 'sort_k_to_even_odd', 'start' )
[1575]1139
[4649]1140    l = glevel
1141    ind_even_odd = even_odd_level(l)
[1575]1142
[4649]1143    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k,ind,tmp)
1144    !$OMP DO
1145    DO  i = nxl_mg(l)-1, nxr_mg(l)+1
1146       DO  j = nys_mg(l)-1, nyn_mg(l)+1
1147
[1575]1148!
[4649]1149!--       Sort the data with even k index
1150          ind = nzb-1
1151          DO  k = nzb, nzt_mg(l), 2
1152             ind = ind + 1
1153             tmp(ind) = p_mg(k,j,i)
1154          ENDDO
[1575]1155!
[4649]1156!--       Sort the data with odd k index
1157          DO  k = nzb+1, nzt_mg(l)+1, 2
1158             ind = ind + 1
1159             tmp(ind) = p_mg(k,j,i)
1160          ENDDO
[1575]1161
[4649]1162          p_mg(:,j,i) = tmp
[1575]1163
1164       ENDDO
[4649]1165    ENDDO
1166    !$OMP END PARALLEL
[1575]1167
[4649]1168    CALL cpu_log( log_point_s(52), 'sort_k_to_even_odd', 'stop' )
[1575]1169
[4649]1170 END SUBROUTINE sort_k_to_even_odd_blocks
[1575]1171
1172
[4649]1173!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]1174! Description:
1175! ------------
[4649]1176!> Sort k-dimension from sequential into blocks of even and odd. This is required to vectorize the
1177!> red-black subroutine. Version for 1D-REAL arrays
1178!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1179 SUBROUTINE sort_k_to_even_odd_blocks_1d( f_mg, f_mg_b, glevel )
[1575]1180
[1682]1181
[4649]1182    USE indices,                                                                                   &
1183        ONLY:  nzb,                                                                                &
1184               nzt_mg
[1575]1185
[4649]1186    IMPLICIT NONE
[1575]1187
[4649]1188    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  glevel  !< grid level
[1575]1189
[4649]1190    REAL(wp), DIMENSION(nzb+1:nzt_mg(glevel)) ::  f_mg    !< 1D input array
1191    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(glevel)+1) ::  f_mg_b  !< 1D output array
[1575]1192
1193!
[4649]1194!-- Local variables
1195    INTEGER(iwp) ::  ind  !< index variable along z
1196    INTEGER(iwp) ::  k    !< index variable along z
[1575]1197
1198
[4649]1199    ind = nzb - 1
[1575]1200!
[4649]1201!-- Sort the data with even k index
1202    DO  k = nzb, nzt_mg(glevel), 2
1203       ind = ind + 1
1204       IF ( k >= nzb+1  .AND.  k <= nzt_mg(glevel) )  THEN
1205          f_mg_b(ind) = f_mg(k)
1206       ENDIF
1207    ENDDO
[1575]1208!
[4649]1209!-- Sort the data with odd k index
1210    DO  k = nzb+1, nzt_mg(glevel)+1, 2
1211       ind = ind + 1
1212       IF( k >= nzb+1  .AND.  k <= nzt_mg(glevel) )  THEN
1213          f_mg_b(ind) = f_mg(k)
1214       ENDIF
1215    ENDDO
[1575]1216
[4649]1217 END SUBROUTINE sort_k_to_even_odd_blocks_1d
[1575]1218
1219
[4649]1220!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]1221! Description:
1222! ------------
[4649]1223!> Sort k-dimension from sequential into blocks of even and odd. This is required to vectorize the
1224!> red-black subroutine. Version for 2D-INTEGER arrays
1225!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1226! SUBROUTINE sort_k_to_even_odd_blocks_int( i_mg , glevel )
[1575]1227!
[3725]1228!
[4649]1229!    USE indices,                                                            &
1230!        ONLY:  nxl_mg, nxr_mg, nys_mg, nyn_mg, nzb, nzt_mg
[3725]1231!
[4649]1232!    IMPLICIT NONE
[3725]1233!
[4649]1234!    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  glevel  !< grid level
[3725]1235!
[4649]1236!    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(glevel)+1,                           &
1237!                            nys_mg(glevel)-1:nyn_mg(glevel)+1,              &
1238!                            nxl_mg(glevel)-1:nxr_mg(glevel)+1) ::           &
1239!                                 i_mg    !< array to be sorted
1240!!
1241!!-- Local variables
1242!    INTEGER(iwp) :: i        !< index variabel along x
1243!    INTEGER(iwp) :: j        !< index variable along y
1244!    INTEGER(iwp) :: k        !< index variable along z
1245!    INTEGER(iwp) :: l        !< grid level
1246!    INTEGER(iwp) :: ind      !< index variable along z
1247!    INTEGER(iwp),DIMENSION(nzb:nzt_mg(glevel)+1) ::  tmp  !< temporary odd-even sorted array
[3725]1248!
[1575]1249!
[4649]1250!    CALL cpu_log( log_point_s(52), 'sort_k_to_even_odd', 'start' )
[3725]1251!
[4649]1252!    l = glevel
1253!    ind_even_odd = even_odd_level(l)
[3725]1254!
[4649]1255!    DO  i = nxl_mg(l)-1, nxr_mg(l)+1
1256!       DO  j = nys_mg(l)-1, nyn_mg(l)+1
[3725]1257!
1258!
[4649]1259!--       Sort the data with even k index
1260!          ind = nzb-1
1261!          DO  k = nzb, nzt_mg(l), 2
1262!             ind = ind + 1
1263!             tmp(ind) = i_mg(k,j,i)
1264!          ENDDO
[3725]1265!
[4649]1266!--       Sort the data with odd k index
1267!          DO  k = nzb+1, nzt_mg(l)+1, 2
1268!             ind = ind + 1
1269!             tmp(ind) = i_mg(k,j,i)
1270!          ENDDO
[1575]1271!
[4649]1272!          i_mg(:,j,i) = tmp
[3725]1273!
1274!       ENDDO
[4649]1275!    ENDDO
[3725]1276!
[4649]1277!    CALL cpu_log( log_point_s(52), 'sort_k_to_even_odd', 'stop' )
[3725]1278!
[4649]1279! END SUBROUTINE sort_k_to_even_odd_blocks_int
[1575]1280
1281
[4649]1282!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]1283! Description:
1284! ------------
[1682]1285!> Sort k-dimension from blocks of even and odd into sequential
[4649]1286!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1287 SUBROUTINE sort_k_to_sequential( p_mg )
[1575]1288
[1682]1289
[4649]1290    USE control_parameters,                                                                        &
1291        ONLY:  grid_level
[1575]1292
[4649]1293    USE indices,                                                                                   &
1294        ONLY:  nxl_mg,                                                                             &
1295               nxr_mg,                                                                             &
1296               nys_mg,                                                                             &
1297               nyn_mg,                                                                             &
1298               nzb,                                                                                &
1299               nzt_mg
[1575]1300
[4649]1301    IMPLICIT NONE
[1575]1302
[4649]1303    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
1304                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) ::  p_mg  !< array to be sorted
[1575]1305!
[4649]1306!-- Local variables
1307    INTEGER(iwp) ::  i    !< index variable along x
1308    INTEGER(iwp) ::  j    !< index variable along y
1309    INTEGER(iwp) ::  k    !< index variable along z
1310    INTEGER(iwp) ::  l    !< grid level
1311    INTEGER(iwp) ::  ind  !< index variable along z
[1575]1312
[4649]1313    REAL(wp),DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1) ::  tmp  !<
[1575]1314
1315
[4649]1316    l = grid_level
[1575]1317
[4649]1318    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k,ind,tmp)
1319    !$OMP DO
1320    DO  i = nxl_mg(l)-1, nxr_mg(l)+1
1321       DO  j = nys_mg(l)-1, nyn_mg(l)+1
[1575]1322
[4649]1323          ind = nzb - 1
1324          tmp = p_mg(:,j,i)
1325          DO  k = nzb, nzt_mg(l), 2
1326             ind = ind + 1
1327             p_mg(k,j,i) = tmp(ind)
1328          ENDDO
[1575]1329
[4649]1330          DO  k = nzb+1, nzt_mg(l)+1, 2
1331             ind = ind + 1
1332             p_mg(k,j,i) = tmp(ind)
[1575]1333          ENDDO
1334       ENDDO
[4649]1335    ENDDO
1336    !$OMP END PARALLEL
[1575]1337
[4649]1338 END SUBROUTINE sort_k_to_sequential
[1575]1339
1340
[4649]1341!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1682]1342! Description:
1343! ------------
1344!> Gather subdomain data from all PEs.
[4649]1345!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[4429]1346#if defined( __parallel )
[4649]1347 SUBROUTINE mg_gather( f2, f2_sub )
[1575]1348
[4649]1349    USE control_parameters,                                                                        &
1350        ONLY:  grid_level
[1575]1351
[4649]1352    USE cpulog,                                                                                    &
1353        ONLY:  cpu_log,                                                                            &
1354               log_point_s
[1575]1355
[4649]1356    USE indices,                                                                                   &
1357        ONLY:  mg_loc_ind,                                                                         &
1358               nxl_mg,                                                                             &
1359               nxr_mg,                                                                             &
1360               nys_mg,                                                                             &
1361               nyn_mg,                                                                             &
1362               nzb,                                                                                &
1363               nzt_mg
[1575]1364
[4649]1365    IMPLICIT NONE
[1575]1366
[4649]1367    INTEGER(iwp) ::  i       !<
1368    INTEGER(iwp) ::  il      !<
1369    INTEGER(iwp) ::  ir      !<
1370    INTEGER(iwp) ::  j       !<
1371    INTEGER(iwp) ::  jn      !<
1372    INTEGER(iwp) ::  js      !<
1373    INTEGER(iwp) ::  k       !<
1374    INTEGER(iwp) ::  nwords  !<
[1575]1375
[4649]1376    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
1377                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) ::  f2  !<
1378    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
1379                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) ::  f2_l  !<
[1575]1380
[4649]1381    REAL(wp), DIMENSION(nzb:mg_loc_ind(5,myid)+1,mg_loc_ind(3,myid)-1:mg_loc_ind(4,myid)+1,        &
1382                        mg_loc_ind(1,myid)-1:mg_loc_ind(2,myid)+1) ::  f2_sub  !<
[1575]1383
1384
[4649]1385    CALL cpu_log( log_point_s(34), 'mg_gather', 'start' )
[1575]1386
[4649]1387    f2_l = 0.0_wp
[1575]1388
1389!
[4649]1390!-- Store the local subdomain array on the total array
1391    js = mg_loc_ind(3,myid)
1392    IF ( south_border_pe )  js = js - 1
1393    jn = mg_loc_ind(4,myid)
1394    IF ( north_border_pe )  jn = jn + 1
1395    il = mg_loc_ind(1,myid)
1396    IF ( left_border_pe )   il = il - 1
1397    ir = mg_loc_ind(2,myid)
1398    IF ( right_border_pe )  ir = ir + 1
1399    DO  i = il, ir
1400       DO  j = js, jn
1401          DO  k = nzb, nzt_mg(grid_level)+1
1402             f2_l(k,j,i) = f2_sub(k,j,i)
[1575]1403          ENDDO
1404       ENDDO
[4649]1405    ENDDO
[1575]1406
1407!
[4649]1408!-- Find out the number of array elements of the total array
1409    nwords = SIZE( f2 )
[1575]1410
1411!
[4649]1412!-- Gather subdomain data from all PEs
1413    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1414    CALL MPI_ALLREDUCE( f2_l(nzb,nys_mg(grid_level)-1,nxl_mg(grid_level)-1),                       &
1415                        f2(nzb,nys_mg(grid_level)-1,nxl_mg(grid_level)-1), nwords, MPI_REAL,       &
1416                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
[1575]1417
[4649]1418    CALL cpu_log( log_point_s(34), 'mg_gather', 'stop' )
1419
1420 END SUBROUTINE mg_gather
[4429]1421#endif
[1575]1422
1423
[4649]1424!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1682]1425! Description:
1426! ------------
[4649]1427!> @todo It might be possible to improve the speed of this routine by using non-blocking
1428!>       communication
1429!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[4429]1430#if defined( __parallel )
[4649]1431 SUBROUTINE mg_scatter( p2, p2_sub )
[1575]1432
[4649]1433    USE control_parameters,                                                                        &
1434        ONLY:  grid_level
[1575]1435
[4649]1436    USE cpulog,                                                                                    &
1437        ONLY:  cpu_log,                                                                            &
1438               log_point_s
[1575]1439
[4649]1440    USE indices,                                                                                   &
1441        ONLY:  mg_loc_ind,                                                                         &
1442               nxl_mg,                                                                             &
1443               nxr_mg,                                                                             &
1444               nys_mg,                                                                             &
1445               nyn_mg,                                                                             &
1446               nzb,                                                                                &
1447               nzt_mg
[1575]1448
[4649]1449    IMPLICIT NONE
[1575]1450
[4649]1451    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level-1)+1,nys_mg(grid_level-1)-1:nyn_mg(grid_level-1)+1,  &
1452                        nxl_mg(grid_level-1)-1:nxr_mg(grid_level-1)+1) ::  p2  !<
[1575]1453
[4649]1454    REAL(wp), DIMENSION(nzb:mg_loc_ind(5,myid)+1,mg_loc_ind(3,myid)-1:mg_loc_ind(4,myid)+1,        &
1455                        mg_loc_ind(1,myid)-1:mg_loc_ind(2,myid)+1) ::  p2_sub  !<
[1575]1456
1457
[4649]1458    CALL cpu_log( log_point_s(35), 'mg_scatter', 'start' )
[1575]1459
[4649]1460    p2_sub = p2(:,mg_loc_ind(3,myid)-1:mg_loc_ind(4,myid)+1,                                       &
1461                  mg_loc_ind(1,myid)-1:mg_loc_ind(2,myid)+1)
[1575]1462
[4649]1463    CALL cpu_log( log_point_s(35), 'mg_scatter', 'stop' )
1464
1465 END SUBROUTINE mg_scatter
[4429]1466#endif
[1575]1467
[4649]1468!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]1469! Description:
1470! ------------
[4649]1471!> This is where the multigrid technique takes place. V- and W- Cycle are implemented and steered by
1472!> the parameter "gamma". Parameter "nue" determines the convergence of the multigrid iterative
1473!> solution. There are nue times RB-GS iterations. It should be set to "1" or "2", considering the
1474!> time effort one would like to invest. Last choice shows a very good converging factor, but leads
1475!> to an increase in computing time.
1476!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1477 RECURSIVE SUBROUTINE next_mg_level( f_mg, p_mg, p3, r )
[1575]1478
[4649]1479    USE control_parameters,                                                                        &
1480        ONLY:  bc_lr_dirrad,                                                                       &
1481               bc_lr_raddir,                                                                       &
1482               bc_ns_dirrad,                                                                       &
1483               bc_ns_raddir,                                                                       &
1484               child_domain,                                                                       &
1485               gamma_mg,                                                                           &
1486               grid_level_count,                                                                   &
1487               maximum_grid_level,                                                                 &
1488               mg_switch_to_pe0_level,                                                             &
1489               mg_switch_to_pe0,                                                                   &
1490               ngsrb
[1575]1491
[4649]1492    USE indices,                                                                                   &
1493        ONLY:  mg_loc_ind,                                                                         &
1494               nxl,                                                                                &
1495               nxl_mg,                                                                             &
1496               nxr,                                                                                &
1497               nxr_mg,                                                                             &
1498               nys,                                                                                &
1499               nys_mg,                                                                             &
1500               nyn,                                                                                &
1501               nyn_mg,                                                                             &
1502               nzb,                                                                                &
1503               nzt,                                                                                &
1504               nzt_mg
[1575]1505
[4649]1506    IMPLICIT NONE
[1575]1507
[4649]1508    INTEGER(iwp) ::  i            !< index variable along x
1509    INTEGER(iwp) ::  j            !< index variable along y
1510    INTEGER(iwp) ::  k            !< index variable along z
1511    INTEGER(iwp) ::  nxl_mg_save  !<
1512    INTEGER(iwp) ::  nxr_mg_save  !<
1513    INTEGER(iwp) ::  nyn_mg_save  !<
1514    INTEGER(iwp) ::  nys_mg_save  !<
1515    INTEGER(iwp) ::  nzt_mg_save  !<
[1575]1516
[4649]1517    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
1518                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) :: f_mg  !<
1519    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
1520                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) :: p_mg  !<
1521    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
1522                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) :: p3    !<
1523    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
1524                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) :: r     !<
[1575]1525
[4649]1526    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level-1)+1,nys_mg(grid_level-1)-1:nyn_mg(grid_level-1)+1,  &
1527                        nxl_mg(grid_level-1)-1:nxr_mg(grid_level-1)+1) ::  f2  !<
1528    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level-1)+1,nys_mg(grid_level-1)-1:nyn_mg(grid_level-1)+1,  &
1529                        nxl_mg(grid_level-1)-1:nxr_mg(grid_level-1)+1) ::  p2  !<
[1575]1530
[4649]1531    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  f2_sub  !<
[4429]1532
1533#if defined( __parallel )
[4649]1534    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  p2_sub  !<
[4429]1535#endif
[1575]1536
1537!
[4649]1538!-- Restriction to the coarsest grid
1539 10 IF ( grid_level == 1 )  THEN
[1575]1540
1541!
[4649]1542!--    Solution on the coarsest grid. Double the number of Gauss-Seidel iterations in order to get a
1543!--    more accurate solution.
1544       ngsrb = 2 * ngsrb
[1575]1545
[4649]1546       ind_even_odd = even_odd_level(grid_level)
[1575]1547
[4649]1548       CALL redblack( f_mg, p_mg )
[1575]1549
[4649]1550       ngsrb = ngsrb / 2
[1575]1551
1552
[4649]1553    ELSEIF ( grid_level /= 1 )  THEN
[1575]1554
[4649]1555       grid_level_count(grid_level) = grid_level_count(grid_level) + 1
[1575]1556
1557!
[4649]1558!--    Solution on the actual grid level
1559       ind_even_odd = even_odd_level(grid_level)
[1575]1560
[4649]1561       CALL redblack( f_mg, p_mg )
[1575]1562
1563!
[4649]1564!--    Determination of the actual residual
1565       CALL resid( f_mg, p_mg, r )
[1575]1566
[4649]1567!--    Restriction of the residual (finer grid values!) to the next coarser grid. Therefore, the
1568!--    grid level has to be decremented now. nxl..nzt have to be set to the coarse grid values,
1569!--    because these variables are needed for the exchange of ghost points in routine exchange_horiz
1570       grid_level = grid_level - 1
[1575]1571
[4649]1572       nxl = nxl_mg(grid_level)
1573       nys = nys_mg(grid_level)
1574       nxr = nxr_mg(grid_level)
1575       nyn = nyn_mg(grid_level)
1576       nzt = nzt_mg(grid_level)
[1575]1577
[4649]1578       IF ( grid_level == mg_switch_to_pe0_level )  THEN
[1575]1579
1580!
[4649]1581!--       From this level on, calculations are done on PE0 only. First, carry out restriction on the
1582!--       subdomain. Therefore, indices of the level have to be changed to subdomain values in
1583!--       between (otherwise, the restrict routine would expect the gathered array).
[1575]1584
[4649]1585          nxl_mg_save = nxl_mg(grid_level)
1586          nxr_mg_save = nxr_mg(grid_level)
1587          nys_mg_save = nys_mg(grid_level)
1588          nyn_mg_save = nyn_mg(grid_level)
1589          nzt_mg_save = nzt_mg(grid_level)
1590          nxl_mg(grid_level) = mg_loc_ind(1,myid)
1591          nxr_mg(grid_level) = mg_loc_ind(2,myid)
1592          nys_mg(grid_level) = mg_loc_ind(3,myid)
1593          nyn_mg(grid_level) = mg_loc_ind(4,myid)
1594          nzt_mg(grid_level) = mg_loc_ind(5,myid)
1595          nxl = mg_loc_ind(1,myid)
1596          nxr = mg_loc_ind(2,myid)
1597          nys = mg_loc_ind(3,myid)
1598          nyn = mg_loc_ind(4,myid)
1599          nzt = mg_loc_ind(5,myid)
[1575]1600
[4649]1601          ALLOCATE( f2_sub(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,     &
1602                           nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) )
[1575]1603
[4649]1604          CALL restrict( f2_sub, r )
[1575]1605
1606!
[4649]1607!--       Restore the correct indices of this level
1608          nxl_mg(grid_level) = nxl_mg_save
1609          nxr_mg(grid_level) = nxr_mg_save
1610          nys_mg(grid_level) = nys_mg_save
1611          nyn_mg(grid_level) = nyn_mg_save
1612          nzt_mg(grid_level) = nzt_mg_save
1613          nxl = nxl_mg(grid_level)
1614          nxr = nxr_mg(grid_level)
1615          nys = nys_mg(grid_level)
1616          nyn = nyn_mg(grid_level)
1617          nzt = nzt_mg(grid_level)
[1575]1618!
[4649]1619!--       Gather all arrays from the subdomains on PE0
[4429]1620#if defined( __parallel )
[4649]1621          CALL mg_gather( f2, f2_sub )
[4429]1622#endif
[1575]1623
1624!
[4649]1625!--       Set switch for routine exchange_horiz, that no ghostpoint exchange has to be carried out
1626!--       from now on
1627          mg_switch_to_pe0 = .TRUE.
[1575]1628
1629!
[4649]1630!--       In case of non-cyclic lateral boundary conditions, both in- and outflow conditions have to
1631!--       be used on all PEs after the switch, because then they have the total domain.
1632          IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
1633             bc_dirichlet_l  = .TRUE.
1634             bc_dirichlet_r  = .FALSE.
1635             bc_radiation_l  = .FALSE.
1636             bc_radiation_r  = .TRUE.
1637          ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
1638             bc_dirichlet_l  = .FALSE.
1639             bc_dirichlet_r  = .TRUE.
1640             bc_radiation_l  = .TRUE.
1641             bc_radiation_r  = .FALSE.
1642          ELSEIF ( child_domain  .OR.  nesting_offline )  THEN
1643             bc_dirichlet_l  = .TRUE.
1644             bc_dirichlet_r  = .TRUE.
1645          ENDIF
[1575]1646
[4649]1647          IF ( bc_ns_dirrad )  THEN
1648             bc_dirichlet_n  = .TRUE.
1649             bc_dirichlet_s  = .FALSE.
1650             bc_radiation_n  = .FALSE.
1651             bc_radiation_s  = .TRUE.
1652          ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
1653             bc_dirichlet_n  = .FALSE.
1654             bc_dirichlet_s  = .TRUE.
1655             bc_radiation_n  = .TRUE.
1656             bc_radiation_s  = .FALSE.
1657          ELSEIF ( child_domain  .OR.  nesting_offline)  THEN
1658             bc_dirichlet_s  = .TRUE.
1659             bc_dirichlet_n  = .TRUE.
1660          ENDIF
[1575]1661
[4649]1662          DEALLOCATE( f2_sub )
[1575]1663
[4649]1664       ELSE
[1575]1665
[4649]1666          CALL restrict( f2, r )
[1575]1667
[4649]1668          ind_even_odd = even_odd_level(grid_level)  ! Must be after restrict
[1575]1669
[4649]1670       ENDIF
[1575]1671
[4649]1672       p2 = 0.0_wp
[1575]1673
1674!
[4649]1675!--    Repeat the same procedure untill the coarsest grid is reached
1676       CALL next_mg_level( f2, p2, p3, r )
[1575]1677
[4649]1678    ENDIF
[1575]1679
1680!
[4649]1681!-- Now follows the prolongation
1682    IF ( grid_level >= 2 )  THEN
[1575]1683
1684!
[4649]1685!--    Prolongation of the new residual. The values are transferred from the coarse to the next
1686!--    finer grid.
1687       IF ( grid_level == mg_switch_to_pe0_level+1 )  THEN
[1575]1688
1689#if defined( __parallel )
1690!
[4649]1691!--       At this level, the new residual first has to be scattered from PE0 to the other PEs
1692          ALLOCATE( p2_sub(nzb:mg_loc_ind(5,myid)+1,mg_loc_ind(3,myid)-1:mg_loc_ind(4,myid)+1,     &
1693                                                    mg_loc_ind(1,myid)-1:mg_loc_ind(2,myid)+1) )
[1575]1694
[4649]1695          CALL mg_scatter( p2, p2_sub )
[1575]1696
1697!
[4649]1698!--       Therefore, indices of the previous level have to be changed to subdomain values in between
1699!--       (otherwise, the prolong routine would expect the gathered array).
1700          nxl_mg_save = nxl_mg(grid_level-1)
1701          nxr_mg_save = nxr_mg(grid_level-1)
1702          nys_mg_save = nys_mg(grid_level-1)
1703          nyn_mg_save = nyn_mg(grid_level-1)
1704          nzt_mg_save = nzt_mg(grid_level-1)
1705          nxl_mg(grid_level-1) = mg_loc_ind(1,myid)
1706          nxr_mg(grid_level-1) = mg_loc_ind(2,myid)
1707          nys_mg(grid_level-1) = mg_loc_ind(3,myid)
1708          nyn_mg(grid_level-1) = mg_loc_ind(4,myid)
1709          nzt_mg(grid_level-1) = mg_loc_ind(5,myid)
[1575]1710
1711!
[4649]1712!--       Set switch for routine exchange_horiz, that ghost point exchange has to be carried out
1713!--       again from now on
1714          mg_switch_to_pe0 = .FALSE.
[1575]1715
1716!
[4649]1717!--       For non-cyclic lateral boundary conditions and in case of nesting, restore the in-/outflow
1718!--       conditions.
1719          bc_dirichlet_l = .FALSE.;  bc_dirichlet_r = .FALSE.
1720          bc_dirichlet_n = .FALSE.;  bc_dirichlet_s = .FALSE.
1721          bc_radiation_l = .FALSE.;  bc_radiation_r = .FALSE.
1722          bc_radiation_n = .FALSE.;  bc_radiation_s = .FALSE.
[1575]1723
[4649]1724          IF ( pleft == MPI_PROC_NULL )  THEN
1725             IF ( bc_lr_dirrad  .OR.  child_domain  .OR.  nesting_offline )  THEN
1726                bc_dirichlet_l = .TRUE.
1727             ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
1728                bc_radiation_l = .TRUE.
[1575]1729             ENDIF
[4649]1730          ENDIF
[1575]1731
[4649]1732          IF ( pright == MPI_PROC_NULL )  THEN
1733             IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
1734                bc_radiation_r = .TRUE.
1735             ELSEIF ( bc_lr_raddir  .OR.  child_domain  .OR.  nesting_offline )  THEN
1736                bc_dirichlet_r = .TRUE.
[1575]1737             ENDIF
[4649]1738          ENDIF
[1575]1739
[4649]1740          IF ( psouth == MPI_PROC_NULL )  THEN
1741             IF ( bc_ns_dirrad )  THEN
1742                bc_radiation_s = .TRUE.
1743             ELSEIF ( bc_ns_raddir  .OR.  child_domain  .OR.  nesting_offline )  THEN
1744                bc_dirichlet_s = .TRUE.
[1575]1745             ENDIF
[4649]1746          ENDIF
[1575]1747
[4649]1748          IF ( pnorth == MPI_PROC_NULL )  THEN
1749             IF ( bc_ns_dirrad  .OR.  child_domain  .OR.  nesting_offline )  THEN
1750                bc_dirichlet_n = .TRUE.
1751             ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
1752                bc_radiation_n = .TRUE.
[1575]1753             ENDIF
[4649]1754          ENDIF
[1575]1755
[4649]1756          CALL prolong( p2_sub, p3 )
[1575]1757
1758!
[4649]1759!--       Restore the correct indices of the previous level
1760          nxl_mg(grid_level-1) = nxl_mg_save
1761          nxr_mg(grid_level-1) = nxr_mg_save
1762          nys_mg(grid_level-1) = nys_mg_save
1763          nyn_mg(grid_level-1) = nyn_mg_save
1764          nzt_mg(grid_level-1) = nzt_mg_save
[1575]1765
[4649]1766          DEALLOCATE( p2_sub )
[1575]1767#endif
1768
[4649]1769       ELSE
[1575]1770
[4649]1771          CALL prolong( p2, p3 )
[1575]1772
[4649]1773       ENDIF
[1575]1774
1775!
[4649]1776!--    Computation of the new pressure correction. Therefore, values from prior grids are added up
1777!--    automatically stage by stage.
1778       DO  i = nxl_mg(grid_level)-1, nxr_mg(grid_level)+1
1779          DO  j = nys_mg(grid_level)-1, nyn_mg(grid_level)+1
1780             DO  k = nzb, nzt_mg(grid_level)+1
1781                p_mg(k,j,i) = p_mg(k,j,i) + p3(k,j,i)
[1575]1782             ENDDO
1783          ENDDO
[4649]1784       ENDDO
[1575]1785
1786!
[4649]1787!--    Relaxation of the new solution
1788       CALL redblack( f_mg, p_mg )
[1575]1789
[4649]1790    ENDIF
[1575]1791
1792
1793!
[4649]1794!-- The following few lines serve the steering of the multigrid scheme
1795    IF ( grid_level == maximum_grid_level )  THEN
[1575]1796
[4649]1797       GOTO 20
[1575]1798
[4649]1799    ELSEIF ( grid_level /= maximum_grid_level  .AND.  grid_level /= 1  .AND.                       &
1800             grid_level_count(grid_level) /= gamma_mg )  THEN
[1575]1801
[4649]1802       GOTO 10
[1575]1803
[4649]1804    ENDIF
[1575]1805
1806!
[4649]1807!-- Reset counter for the next call of poismg
1808    grid_level_count(grid_level) = 0
[1575]1809
1810!
[4649]1811!-- Continue with the next finer level. nxl..nzt have to be set to the finer grid values, because
1812!-- these variables are needed for the exchange of ghost points in routine exchange_horiz.
1813    grid_level = grid_level + 1
1814    ind_even_odd = even_odd_level(grid_level)
[1575]1815
[4649]1816    nxl = nxl_mg(grid_level)
1817    nxr = nxr_mg(grid_level)
1818    nys = nys_mg(grid_level)
1819    nyn = nyn_mg(grid_level)
1820    nzt = nzt_mg(grid_level)
[1575]1821
[4649]1822 20 CONTINUE
[1575]1823
[4649]1824 END SUBROUTINE next_mg_level
[1575]1825
1826
[4649]1827!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]1828! Description:
1829! ------------
[4649]1830!> Initial settings for sorting k-dimension from sequential order (alternate even/odd) into blocks
1831!> of even and odd or vice versa
1832!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1833 SUBROUTINE init_even_odd_blocks
[1575]1834
[1682]1835
[4649]1836    USE arrays_3d,                                                                                 &
1837        ONLY:  f1_mg,                                                                              &
1838               f2_mg,                                                                              &
1839               f3_mg
[1575]1840
[4649]1841    USE control_parameters,                                                                        &
1842        ONLY:  grid_level,                                                                         &
1843               maximum_grid_level
[1575]1844
[4649]1845    USE indices,                                                                                   &
1846        ONLY:  nzb,                                                                                &
1847               nzt,                                                                                &
1848               nzt_mg
[1575]1849
[4649]1850    USE indices,                                                                                   &
1851        ONLY:  nzb,                                                                                &
1852               nzt_mg
[1575]1853
[4649]1854    IMPLICIT NONE
[1575]1855!
[4649]1856!-- Local variables
1857    INTEGER(iwp) ::  i  !<
1858    INTEGER(iwp) ::  l  !<
[1575]1859
[4649]1860    LOGICAL, SAVE ::  lfirst = .TRUE.  !<
[1575]1861
1862
[4649]1863    IF ( .NOT. lfirst )  RETURN
[1575]1864
[4649]1865    ALLOCATE( even_odd_level(maximum_grid_level) )
[1575]1866
[4649]1867    ALLOCATE( f1_mg_b(nzb:nzt+1,maximum_grid_level), f2_mg_b(nzb:nzt+1,maximum_grid_level),        &
1868              f3_mg_b(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
[1575]1869
1870!
[4649]1871!-- Set border index between the even and odd block
1872    DO  i = maximum_grid_level, 1, -1
1873       even_odd_level(i) = nzt_mg(i) / 2
1874    ENDDO
[1575]1875
1876!
[4649]1877!-- Sort grid coefficients used in red/black scheme and for calculating the residual to block
1878!-- (even/odd) structure
1879    DO  l = maximum_grid_level, 1 , -1
1880       CALL sort_k_to_even_odd_blocks( f1_mg(nzb+1:nzt_mg(grid_level),l),                          &
1881                                       f1_mg_b(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,l), l )
1882       CALL sort_k_to_even_odd_blocks( f2_mg(nzb+1:nzt_mg(grid_level),l),                          &
1883                                       f2_mg_b(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,l), l )
1884       CALL sort_k_to_even_odd_blocks( f3_mg(nzb+1:nzt_mg(grid_level),l),                          &
1885                                       f3_mg_b(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,l), l )
1886    ENDDO
[1575]1887
[4649]1888    lfirst = .FALSE.
[1575]1889
[4649]1890 END SUBROUTINE init_even_odd_blocks
[1575]1891
1892
[4649]1893!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1575]1894! Description:
1895! ------------
[4649]1896!> Special exchange_horiz subroutine for use in redblack. Transfers only "red" or "black" data
1897!> points.
1898!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
1899 SUBROUTINE special_exchange_horiz( p_mg, color )
[1575]1900
[1682]1901
[4649]1902    USE control_parameters,                                                                        &
1903        ONLY:  grid_level
[1575]1904
[4429]1905#if defined( __parallel )
[4649]1906    USE control_parameters,                                                                        &
1907        ONLY:  mg_switch_to_pe0_level,                                                             &
1908               synchronous_exchange
[4429]1909#endif
1910
[4649]1911    USE indices,                                                                                   &
1912        ONLY:  nxl_mg,                                                                             &
1913               nxr_mg,                                                                             &
1914               nys_mg,                                                                             &
1915               nyn_mg,                                                                             &
1916               nzb,                                                                                &
1917               nzt_mg
[1575]1918
[4429]1919#if defined( __parallel )
[4649]1920    USE indices,                                                                                   &
1921        ONLY:  nxl,                                                                                &
1922               nxr,                                                                                &
1923               nys,                                                                                &
1924               nyn,                                                                                &
1925               nzt
[4429]1926#endif
1927
[4649]1928    IMPLICIT NONE
[1575]1929
[4649]1930    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  color  !< flag for grid point type (red or black)
[1575]1931
[4649]1932    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt_mg(grid_level)+1,nys_mg(grid_level)-1:nyn_mg(grid_level)+1,        &
1933                        nxl_mg(grid_level)-1:nxr_mg(grid_level)+1) ::  p_mg   !< treated array
[4429]1934
[4649]1935
[4429]1936#if defined ( __parallel )
[1575]1937!
[4649]1938!-- Local variables
1939    INTEGER(iwp) ::  i    !< index variable along x
1940    INTEGER(iwp) ::  i1   !< index variable along x on coarse level
1941    INTEGER(iwp) ::  i2   !< index variable along x on coarse level
[1575]1942
[4649]1943    INTEGER(iwp) ::  j    !< index variable along y
1944    INTEGER(iwp) ::  j1   !< index variable along y on coarse level
1945    INTEGER(iwp) ::  j2   !< index variable along y on coarse level
1946    INTEGER(iwp) ::  k    !< index variable along z
1947    INTEGER(iwp) ::  l    !< short for grid level
1948    INTEGER(iwp) ::  jys  !< index for lower local PE boundary along y
1949    INTEGER(iwp) ::  jyn  !< index for upper local PE boundary along y
1950    INTEGER(iwp) ::  ixl  !< index for lower local PE boundary along x
1951    INTEGER(iwp) ::  ixr  !< index for upper local PE boundary along x
[1575]1952
[4649]1953    LOGICAL ::  synchronous_exchange_save  !< dummy to reset synchronous_exchange to prescribed value
[1904]1954
[4649]1955    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  temp  !< temporary array on next coarser grid level
[1904]1956
[4649]1957    synchronous_exchange_save = synchronous_exchange
1958    synchronous_exchange      = .FALSE.
[1575]1959
[4649]1960    l = grid_level
[1575]1961
[4649]1962    ind_even_odd = even_odd_level(grid_level)
[1575]1963
[1904]1964!
[4649]1965!-- Restricted transfer only on finer levels with enough data. Restricted transfer is not possible
1966!-- for levels smaller or equal to 'switch to PE0 levels', since array bounds do not fit.
1967!-- Moreover, it is not possible for the coarsest grid level, since the dimensions of temp are not
1968!-- defined. For such cases, normal exchange_horiz is called.
1969    IF ( l > 1 .AND. l > mg_switch_to_pe0_level + 1 .AND.                                          &
1970         ( ngp_xz(grid_level) >= 900 .OR. ngp_yz(grid_level) >= 900 ) )  THEN
[1575]1971
[4649]1972       jys = nys_mg(grid_level-1)
1973       jyn = nyn_mg(grid_level-1)
1974       ixl = nxl_mg(grid_level-1)
1975       ixr = nxr_mg(grid_level-1)
1976       ALLOCATE( temp(nzb:nzt_mg(l-1)+1,jys-1:jyn+1,ixl-1:ixr+1) )
[1575]1977!
[4649]1978!--    Handling the even k Values
1979!--    Collecting data for the north - south exchange
1980!--    Since only every second value has to be transfered, data are stored on the next coarser grid
1981!--    level, because the arrays on that level have just the required size
1982       i1 = nxl_mg(grid_level-1)
1983       i2 = nxl_mg(grid_level-1)
[1575]1984
[4649]1985       DO  i = nxl_mg(l), nxr_mg(l), 2
1986          DO  j = nys_mg(l) + 2 - color, nyn_mg(l), 2
[1575]1987
[4649]1988             IF ( j == nys_mg(l) )  THEN
1989                !DIR$ IVDEP
1990                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
1991                   temp(k-ind_even_odd,jys,i1) = p_mg(k,j,i)
1992                ENDDO
1993                i1 = i1 + 1
[1575]1994
[4649]1995             ENDIF
[1575]1996
[4649]1997             IF ( j == nyn_mg(l) )  THEN
1998                !DIR$ IVDEP
1999                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2000                   temp(k-ind_even_odd,jyn,i2) = p_mg(k,j,i)
2001                ENDDO
2002                i2 = i2 + 1
[1575]2003
[4649]2004             ENDIF
[1575]2005
2006          ENDDO
[4649]2007       ENDDO
[1575]2008
[4649]2009       DO  i = nxl_mg(l)+1, nxr_mg(l), 2
2010          DO  j = nys_mg(l) + (color-1), nyn_mg(l), 2
[1575]2011
[4649]2012             IF ( j == nys_mg(l) )  THEN
2013                !DIR$ IVDEP
2014                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2015                   temp(k-ind_even_odd,jys,i1) = p_mg(k,j,i)
2016                ENDDO
2017                i1 = i1 + 1
[1575]2018
[4649]2019             ENDIF
[1575]2020
[4649]2021             IF ( j == nyn_mg(l) )  THEN
2022                !DIR$ IVDEP
2023                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2024                   temp(k-ind_even_odd,jyn,i2) = p_mg(k,j,i)
2025                ENDDO
2026                i2 = i2 + 1
[1575]2027
[4649]2028             ENDIF
[1575]2029
2030          ENDDO
[4649]2031       ENDDO
[1575]2032
[4649]2033       grid_level = grid_level-1
[1575]2034
[4649]2035       nxl = nxl_mg(grid_level)
2036       nys = nys_mg(grid_level)
2037       nxr = nxr_mg(grid_level)
2038       nyn = nyn_mg(grid_level)
2039       nzt = nzt_mg(grid_level)
[1575]2040
[4649]2041       send_receive = 'ns'
2042       CALL exchange_horiz( temp, 1 )
[1575]2043
[4649]2044       grid_level = grid_level+1
[1575]2045
[4649]2046       i1 = nxl_mg(grid_level-1)
2047       i2 = nxl_mg(grid_level-1)
[1575]2048
[4649]2049       DO  i = nxl_mg(l), nxr_mg(l), 2
2050          DO  j = nys_mg(l) + 2 - color, nyn_mg(l), 2
[1575]2051
[4649]2052             IF ( j == nys_mg(l) )  THEN
2053                !DIR$ IVDEP
2054                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2055                   p_mg(k,nyn_mg(l)+1,i) = temp(k-ind_even_odd,jyn+1,i1)
2056                ENDDO
2057                i1 = i1 + 1
[1575]2058
[4649]2059             ENDIF
[1575]2060
[4649]2061             IF ( j == nyn_mg(l) )  THEN
2062                !DIR$ IVDEP
2063                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2064                   p_mg(k,nys_mg(l)-1,i) = temp(k-ind_even_odd,jys-1,i2)
2065                ENDDO
2066                i2 = i2 + 1
[1575]2067
[4649]2068             ENDIF
[1575]2069
2070          ENDDO
[4649]2071       ENDDO
[1575]2072
[4649]2073       DO  i = nxl_mg(l)+1, nxr_mg(l), 2
2074          DO  j = nys_mg(l) + (color-1), nyn_mg(l), 2
[1575]2075
[4649]2076             IF ( j == nys_mg(l) )  THEN
2077                !DIR$ IVDEP
2078                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2079                   p_mg(k,nyn_mg(l)+1,i) = temp(k-ind_even_odd,jyn+1,i1)
2080                ENDDO
2081                i1 = i1 + 1
[1575]2082
[4649]2083             ENDIF
[1575]2084
[4649]2085             IF ( j == nyn_mg(l) )  THEN
2086                !DIR$ IVDEP
2087                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2088                   p_mg(k,nys_mg(l)-1,i) = temp(k-ind_even_odd,jys-1,i2)
2089                ENDDO
2090                i2 = i2 + 1
[1575]2091
[4649]2092             ENDIF
[1575]2093
2094          ENDDO
[4649]2095       ENDDO
[1575]2096
2097!
[4649]2098!--    Collecting data for the left - right exchange.
2099!--    Since only every second value has to be transfered, data are stored on the next coarser grid
2100!--    level, because the arrays on that level have just the required size.
2101       j1 = nys_mg(grid_level-1)
2102       j2 = nys_mg(grid_level-1)
[1575]2103
[4649]2104       DO  j = nys_mg(l) + 2 - color, nyn_mg(l), 2
2105          DO  i = nxl_mg(l), nxr_mg(l), 2
[1575]2106
[4649]2107             IF ( i == nxl_mg(l) )  THEN
2108                !DIR$ IVDEP
2109                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2110                   temp(k-ind_even_odd,j1,ixl) = p_mg(k,j,i)
2111                ENDDO
2112                j1 = j1 + 1
[1575]2113
[4649]2114             ENDIF
[1575]2115
[4649]2116             IF ( i == nxr_mg(l) )  THEN
2117                !DIR$ IVDEP
2118                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2119                   temp(k-ind_even_odd,j2,ixr) = p_mg(k,j,i)
2120                ENDDO
2121                j2 = j2 + 1
[1575]2122
[4649]2123             ENDIF
[1575]2124
2125          ENDDO
[4649]2126       ENDDO
[1575]2127
[4649]2128       DO  j = nys_mg(l) + (color-1), nyn_mg(l), 2
2129          DO  i = nxl_mg(l)+1, nxr_mg(l), 2
[1575]2130
[4649]2131             IF ( i == nxl_mg(l) )  THEN
2132                !DIR$ IVDEP
2133                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2134                   temp(k-ind_even_odd,j1,ixl) = p_mg(k,j,i)
2135                ENDDO
2136                j1 = j1 + 1
[1575]2137
[4649]2138             ENDIF
[1575]2139
[4649]2140             IF ( i == nxr_mg(l) )  THEN
2141                !DIR$ IVDEP
2142                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2143                   temp(k-ind_even_odd,j2,ixr) = p_mg(k,j,i)
2144                ENDDO
2145                j2 = j2 + 1
[1575]2146
[4649]2147             ENDIF
[1575]2148
2149          ENDDO
[4649]2150       ENDDO
[1575]2151
[4649]2152       grid_level = grid_level-1
2153       send_receive = 'lr'
[1575]2154
[4649]2155       CALL exchange_horiz( temp, 1 )
[1575]2156
[4649]2157       grid_level = grid_level+1
[1575]2158
[4649]2159       j1 = nys_mg(grid_level-1)
2160       j2 = nys_mg(grid_level-1)
[1575]2161
[4649]2162       DO  j = nys_mg(l) + 2 - color, nyn_mg(l), 2
2163          DO  i = nxl_mg(l), nxr_mg(l), 2
[1575]2164
[4649]2165             IF ( i == nxl_mg(l) )  THEN
2166                !DIR$ IVDEP
2167                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2168                   p_mg(k,j,nxr_mg(l)+1)  = temp(k-ind_even_odd,j1,ixr+1)
2169                ENDDO
2170                j1 = j1 + 1
[1575]2171
[4649]2172             ENDIF
[1575]2173
[4649]2174             IF ( i == nxr_mg(l) )  THEN
2175                !DIR$ IVDEP
2176                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2177                   p_mg(k,j,nxl_mg(l)-1)  = temp(k-ind_even_odd,j2,ixl-1)
2178                ENDDO
2179                j2 = j2 + 1
[1575]2180
[4649]2181             ENDIF
[1575]2182
2183          ENDDO
[4649]2184       ENDDO
[1575]2185
[4649]2186       DO  j = nys_mg(l) + (color-1), nyn_mg(l), 2
2187          DO  i = nxl_mg(l)+1, nxr_mg(l), 2
[1575]2188
[4649]2189             IF ( i == nxl_mg(l) )  THEN
2190                !DIR$ IVDEP
2191                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2192                   p_mg(k,j,nxr_mg(l)+1)  = temp(k-ind_even_odd,j1,ixr+1)
2193                ENDDO
2194                j1 = j1 + 1
[1575]2195
[4649]2196             ENDIF
[1575]2197
[4649]2198             IF ( i == nxr_mg(l) )  THEN
2199                !DIR$ IVDEP
2200                DO  k = ind_even_odd+1, nzt_mg(l)
2201                   p_mg(k,j,nxl_mg(l)-1)  = temp(k-ind_even_odd,j2,ixl-1)
2202                ENDDO
2203                j2 = j2 + 1
[1575]2204
[4649]2205             ENDIF
[1575]2206
2207          ENDDO
[4649]2208       ENDDO
[1575]2209
2210!
[4649]2211!--    Now handling the even k values
2212!--    Collecting data for the north - south exchange.
2213!--    Since only every second value has to be transfered, data are stored on the next coarser grid
2214!--    level, because the arrays on that level have just the required size.
2215       i1 = nxl_mg(grid_level-1)
2216       i2 = nxl_mg(grid_level-1)
[1575]2217
[4649]2218       DO  i = nxl_mg(l), nxr_mg(l), 2
2219          DO  j = nys_mg(l) + (color-1), nyn_mg(l), 2
[1575]2220
[4649]2221             IF ( j == nys_mg(l) )  THEN
2222                !DIR$ IVDEP
2223                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2224                   temp(k,jys,i1) = p_mg(k,j,i)
2225                ENDDO
2226                i1 = i1 + 1
[1575]2227
[4649]2228             ENDIF
[1575]2229
[4649]2230             IF ( j == nyn_mg(l) )  THEN
2231                !DIR$ IVDEP
2232                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2233                   temp(k,jyn,i2) = p_mg(k,j,i)
2234                ENDDO
2235                i2 = i2 + 1
[1575]2236
[4649]2237             ENDIF
[1575]2238
2239          ENDDO
[4649]2240       ENDDO
[1575]2241
[4649]2242       DO  i = nxl_mg(l)+1, nxr_mg(l), 2
2243          DO  j = nys_mg(l) + 2 - color, nyn_mg(l), 2
[1575]2244
[4649]2245             IF ( j == nys_mg(l) )  THEN
2246                !DIR$ IVDEP
2247                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2248                   temp(k,jys,i1) = p_mg(k,j,i)
2249                ENDDO
2250                i1 = i1 + 1
[1575]2251
[4649]2252             ENDIF
[1575]2253
[4649]2254             IF ( j == nyn_mg(l) )  THEN
2255                !DIR$ IVDEP
2256                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2257                   temp(k,jyn,i2) = p_mg(k,j,i)
2258                ENDDO
2259                i2 = i2 + 1
[1575]2260
[4649]2261             ENDIF
[1575]2262
2263          ENDDO
[4649]2264       ENDDO
[1575]2265
[4649]2266       grid_level = grid_level-1
[1575]2267
[4649]2268       send_receive = 'ns'
2269       CALL exchange_horiz( temp, 1 )
[1575]2270
[4649]2271       grid_level = grid_level+1
[1575]2272
[4649]2273       i1 = nxl_mg(grid_level-1)
2274       i2 = nxl_mg(grid_level-1)
[1575]2275
[4649]2276       DO  i = nxl_mg(l), nxr_mg(l), 2
2277          DO  j = nys_mg(l) + (color-1), nyn_mg(l), 2
[1575]2278
[4649]2279             IF ( j == nys_mg(l) )  THEN
2280                !DIR$ IVDEP
2281                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2282                   p_mg(k,nyn_mg(l)+1,i) = temp(k,jyn+1,i1)
2283                ENDDO
2284                i1 = i1 + 1
[1575]2285
[4649]2286             ENDIF
[1575]2287
[4649]2288             IF ( j == nyn_mg(l) )  THEN
2289                !DIR$ IVDEP
2290                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2291                   p_mg(k,nys_mg(l)-1,i) = temp(k,jys-1,i2)
2292                ENDDO
2293                i2 = i2 + 1
[1575]2294
[4649]2295             ENDIF
[1575]2296
2297          ENDDO
[4649]2298       ENDDO
[1575]2299
[4649]2300       DO  i = nxl_mg(l)+1, nxr_mg(l), 2
2301          DO  j = nys_mg(l) + 2 - color, nyn_mg(l), 2
[1575]2302
[4649]2303             IF ( j == nys_mg(l) )  THEN
2304                !DIR$ IVDEP
2305                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2306                   p_mg(k,nyn_mg(l)+1,i) = temp(k,jyn+1,i1)
2307                ENDDO
2308                i1 = i1 + 1
[1575]2309
[4649]2310             ENDIF
[1575]2311
[4649]2312             IF ( j == nyn_mg(l) )  THEN
2313                !DIR$ IVDEP
2314                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2315                   p_mg(k,nys_mg(l)-1,i) = temp(k,jys-1,i2)
2316                ENDDO
2317                i2 = i2 + 1
[1575]2318
[4649]2319             ENDIF
[1575]2320
2321          ENDDO
[4649]2322       ENDDO
[1575]2323
[4649]2324       j1 = nys_mg(grid_level-1)
2325       j2 = nys_mg(grid_level-1)
[1575]2326
[4649]2327       DO  i = nxl_mg(l), nxr_mg(l), 2
2328          DO  j = nys_mg(l) + (color-1), nyn_mg(l), 2
[1575]2329
[4649]2330             IF ( i == nxl_mg(l) )  THEN
2331                !DIR$ IVDEP
2332                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2333                   temp(k,j1,ixl) = p_mg(k,j,i)
2334                ENDDO
2335                j1 = j1 + 1
[1575]2336
[4649]2337             ENDIF
[1575]2338
[4649]2339             IF ( i == nxr_mg(l) )  THEN
2340                !DIR$ IVDEP
2341                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2342                   temp(k,j2,ixr) = p_mg(k,j,i)
2343                ENDDO
2344                j2 = j2 + 1
[1575]2345
[4649]2346             ENDIF
[1575]2347
2348          ENDDO
[4649]2349       ENDDO
[1575]2350
[4649]2351       DO  i = nxl_mg(l)+1, nxr_mg(l), 2
2352          DO  j = nys_mg(l) + 2 - color, nyn_mg(l), 2
[1575]2353
[4649]2354             IF ( i == nxl_mg(l) )  THEN
2355                !DIR$ IVDEP
2356                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2357                   temp(k,j1,ixl) = p_mg(k,j,i)
2358                ENDDO
2359                j1 = j1 + 1
[1575]2360
[4649]2361             ENDIF
[1575]2362
[4649]2363             IF ( i == nxr_mg(l) )  THEN
2364                !DIR$ IVDEP
2365                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2366                   temp(k,j2,ixr) = p_mg(k,j,i)
2367                ENDDO
2368                j2 = j2 + 1
[1575]2369
[4649]2370             ENDIF
[1575]2371
2372          ENDDO
[4649]2373       ENDDO
[1575]2374
[4649]2375       grid_level = grid_level-1
[1575]2376
[4649]2377       send_receive = 'lr'
2378       CALL exchange_horiz( temp, 1 )
[1575]2379
[4649]2380       grid_level = grid_level+1
[1575]2381
[4649]2382       nxl = nxl_mg(grid_level)
2383       nys = nys_mg(grid_level)
2384       nxr = nxr_mg(grid_level)
2385       nyn = nyn_mg(grid_level)
2386       nzt = nzt_mg(grid_level)
[1575]2387
[4649]2388       j1 = nys_mg(grid_level-1)
2389       j2 = nys_mg(grid_level-1)
[1575]2390
[4649]2391       DO  i = nxl_mg(l), nxr_mg(l), 2
2392          DO  j = nys_mg(l) + (color-1), nyn_mg(l), 2
[1575]2393
[4649]2394             IF ( i == nxl_mg(l) )  THEN
2395                !DIR$ IVDEP
2396                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2397                   p_mg(k,j,nxr_mg(l)+1)  = temp(k,j1,ixr+1)
2398                ENDDO
2399                j1 = j1 + 1
[1575]2400
[4649]2401             ENDIF
[1575]2402
[4649]2403             IF ( i == nxr_mg(l) )  THEN
2404                !DIR$ IVDEP
2405                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2406                   p_mg(k,j,nxl_mg(l)-1)  = temp(k,j2,ixl-1)
2407                ENDDO
2408                j2 = j2 + 1
[1575]2409
[4649]2410             ENDIF
[1575]2411
2412          ENDDO
[4649]2413       ENDDO
[1575]2414
[4649]2415       DO  i = nxl_mg(l)+1, nxr_mg(l), 2
2416          DO  j = nys_mg(l) + 2 - color, nyn_mg(l), 2
[1575]2417
[4649]2418             IF ( i == nxl_mg(l) )  THEN
2419                !DIR$ IVDEP
2420                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2421                   p_mg(k,j,nxr_mg(l)+1)  = temp(k,j1,ixr+1)
2422                ENDDO
2423                j1 = j1 + 1
[1575]2424
[4649]2425             ENDIF
[1575]2426
[4649]2427             IF ( i == nxr_mg(l) )  THEN
2428                !DIR$ IVDEP
2429                DO  k = nzb+1, ind_even_odd
2430                   p_mg(k,j,nxl_mg(l)-1)  = temp(k,j2,ixl-1)
2431                ENDDO
2432                j2 = j2 + 1
[1575]2433
[4649]2434             ENDIF
[1575]2435
2436          ENDDO
[4649]2437       ENDDO
[1575]2438
[4649]2439       DEALLOCATE( temp )
[1904]2440
[4649]2441    ELSE
[1609]2442
[1575]2443!
[4649]2444!--    Standard horizontal ghost boundary exchange for small coarse grid levels, where the transfer
2445!--    time is latency bound
2446       CALL exchange_horiz( p_mg, 1 )
[1575]2447
[4649]2448    ENDIF
[1575]2449
2450!
[4649]2451!-- Reset values to default PALM setup
2452    synchronous_exchange   = synchronous_exchange_save
2453    send_receive = 'al'
[1609]2454#else
[1575]2455
[1609]2456!
[4649]2457!-- Next line is to avoid compiler error due to unused dummy argument
2458    IF ( color == 1234567 )  RETURN
[4429]2459!
[4649]2460!-- Standard horizontal ghost boundary exchange for small coarse grid levels, where the transfer
2461!-- time is latency bound.
2462    CALL exchange_horiz( p_mg, 1 )
[1609]2463#endif
2464
[4649]2465 END SUBROUTINE special_exchange_horiz
[1575]2466
[4832]2467 END MODULE poismg_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.