source: palm/trunk/SOURCE/pres.f90 @ 4313

Last change on this file since 4313 was 4182, checked in by scharf, 22 months ago
  • corrected "Former revisions" section
  • minor formatting in "Former revisions" section
  • added "Author" section
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 29.9 KB
Line 
1!> @file pres.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2019 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: pres.f90 4182 2019-08-22 15:20:23Z suehring $
27! Corrected "Former revisions" section
28!
29! 4015 2019-06-05 13:25:35Z raasch
30! variable child_domain_nvn eliminated
31!
32! 3849 2019-04-01 16:35:16Z knoop
33! OpenACC port for SPEC
34!
35! Revision 1.1  1997/07/24 11:24:44  raasch
36! Initial revision
37!
38!
39! Description:
40! ------------
41!> Compute the divergence of the provisional velocity field. Solve the Poisson
42!> equation for the perturbation pressure. Compute the final velocities using
43!> this perturbation pressure. Compute the remaining divergence.
44!------------------------------------------------------------------------------!
45 SUBROUTINE pres
46 
47
48    USE arrays_3d,                                                             &
49        ONLY:  d, ddzu, ddzu_pres, ddzw, dzw, p, p_loc, rho_air, rho_air_zw,   &
50               tend, u, v, w
51
52    USE control_parameters,                                                    &
53        ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_radiation_l, bc_radiation_n,           &
54               bc_radiation_r, bc_radiation_s, child_domain,                   &
55               conserve_volume_flow, coupling_mode,                            &
56               dt_3d, gathered_size, ibc_p_b, ibc_p_t,                         &
57               intermediate_timestep_count, intermediate_timestep_count_max,   &
58               mg_switch_to_pe0_level, nesting_offline,                        &
59               psolver, subdomain_size,                                        &
60               topography, volume_flow, volume_flow_area, volume_flow_initial
61
62    USE cpulog,                                                                &
63        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
64
65    USE grid_variables,                                                        &
66        ONLY:  ddx, ddy
67
68    USE indices,                                                               &
69        ONLY:  nbgp, ngp_2dh_outer, nx, nxl, nxlg, nxl_mg, nxr, nxrg, nxr_mg,  &
70               ny, nys, nysg, nys_mg, nyn, nyng, nyn_mg, nzb, nzt, nzt_mg,     &
71               wall_flags_0
72
73    USE kinds
74
75    USE pegrid
76   
77    USE pmc_interface,                                                         &
78        ONLY:  nesting_mode
79
80    USE poisfft_mod,                                                           &
81        ONLY:  poisfft
82
83    USE poismg_mod
84
85    USE poismg_noopt_mod
86
87    USE statistics,                                                            &
88        ONLY:  statistic_regions, sums_divnew_l, sums_divold_l, weight_pres,   &
89               weight_substep
90
91    USE surface_mod,                                                           &
92        ONLY :  bc_h
93
94    IMPLICIT NONE
95
96    INTEGER(iwp) ::  i              !<
97    INTEGER(iwp) ::  j              !<
98    INTEGER(iwp) ::  k              !<
99    INTEGER(iwp) ::  m              !<
100
101    REAL(wp)     ::  ddt_3d         !<
102    REAL(wp)     ::  d_weight_pres  !<
103    REAL(wp)     ::  localsum       !<
104    REAL(wp)     ::  threadsum      !<
105    REAL(wp)     ::  weight_pres_l  !<
106    REAL(wp)     ::  weight_substep_l !<
107
108    REAL(wp), DIMENSION(1:3)   ::  volume_flow_l       !<
109    REAL(wp), DIMENSION(1:3)   ::  volume_flow_offset  !<
110    REAL(wp), DIMENSION(1:nzt) ::  w_l                 !<
111    REAL(wp), DIMENSION(1:nzt) ::  w_l_l               !<
112
113
114    CALL cpu_log( log_point(8), 'pres', 'start' )
115
116!
117!-- Calculate quantities to be used locally
118    ddt_3d = 1.0_wp / dt_3d
119    IF ( intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
120!
121!--    If pres is called before initial time step
122       weight_pres_l    = 1.0_wp
123       d_weight_pres    = 1.0_wp
124       weight_substep_l = 1.0_wp
125    ELSE
126       weight_pres_l    = weight_pres(intermediate_timestep_count)
127       d_weight_pres    = 1.0_wp / weight_pres(intermediate_timestep_count)
128       weight_substep_l = weight_substep(intermediate_timestep_count)
129    ENDIF
130
131!
132!-- Multigrid method expects array d to have one ghost layer.
133!--
134    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
135     
136       DEALLOCATE( d )
137       ALLOCATE( d(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ) 
138
139!
140!--    Since p is later used to hold the weighted average of the substeps, it
141!--    cannot be used in the iterative solver. Therefore, its initial value is
142!--    stored on p_loc, which is then iteratively advanced in every substep.
143       IF ( intermediate_timestep_count <= 1 )  THEN
144          DO  i = nxl-1, nxr+1
145             DO  j = nys-1, nyn+1
146                DO  k = nzb, nzt+1
147                   p_loc(k,j,i) = p(k,j,i)
148                ENDDO
149             ENDDO
150          ENDDO
151       ENDIF
152       
153    ELSEIF ( psolver == 'sor'  .AND.  intermediate_timestep_count <= 1 )  THEN
154
155!
156!--    Since p is later used to hold the weighted average of the substeps, it
157!--    cannot be used in the iterative solver. Therefore, its initial value is
158!--    stored on p_loc, which is then iteratively advanced in every substep.
159       p_loc = p
160
161    ENDIF
162
163!
164!-- Conserve the volume flow at the outflow in case of non-cyclic lateral
165!-- boundary conditions
166!-- WARNING: so far, this conservation does not work at the left/south
167!--          boundary if the topography at the inflow differs from that at the
168!--          outflow! For this case, volume_flow_area needs adjustment!
169!
170!-- Left/right
171    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_radiation_l .OR.                    &
172                                        bc_radiation_r ) )  THEN
173
174       volume_flow(1)   = 0.0_wp
175       volume_flow_l(1) = 0.0_wp
176
177       IF ( bc_radiation_l )  THEN
178          i = 0
179       ELSEIF ( bc_radiation_r )  THEN
180          i = nx+1
181       ENDIF
182
183       DO  j = nys, nyn
184!
185!--       Sum up the volume flow through the south/north boundary
186          DO  k = nzb+1, nzt
187             volume_flow_l(1) = volume_flow_l(1) + u(k,j,i) * dzw(k)           &
188                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
189                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 )  &
190                                            )
191          ENDDO
192       ENDDO
193
194#if defined( __parallel )   
195       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
196       CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_l(1), volume_flow(1), 1, MPI_REAL, &
197                           MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
198#else
199       volume_flow = volume_flow_l 
200#endif
201       volume_flow_offset(1) = ( volume_flow_initial(1) - volume_flow(1) ) &
202                               / volume_flow_area(1)
203
204       DO  j = nysg, nyng
205          DO  k = nzb+1, nzt
206             u(k,j,i) = u(k,j,i) + volume_flow_offset(1)                       &
207                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
208                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 )  &
209                                            )
210          ENDDO
211       ENDDO
212
213    ENDIF
214
215!
216!-- South/north
217    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_radiation_n .OR. bc_radiation_s ) )  THEN
218
219       volume_flow(2)   = 0.0_wp
220       volume_flow_l(2) = 0.0_wp
221
222       IF ( bc_radiation_s )  THEN
223          j = 0
224       ELSEIF ( bc_radiation_n )  THEN
225          j = ny+1
226       ENDIF
227
228       DO  i = nxl, nxr
229!
230!--       Sum up the volume flow through the south/north boundary
231          DO  k = nzb+1, nzt
232             volume_flow_l(2) = volume_flow_l(2) + v(k,j,i) * dzw(k)           &
233                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
234                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 )  &
235                                            )
236          ENDDO
237       ENDDO
238
239#if defined( __parallel )   
240       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
241       CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_l(2), volume_flow(2), 1, MPI_REAL, &
242                           MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
243#else
244       volume_flow = volume_flow_l 
245#endif
246       volume_flow_offset(2) = ( volume_flow_initial(2) - volume_flow(2) )    &
247                               / volume_flow_area(2)
248
249       DO  i = nxlg, nxrg
250          DO  k = nzb+1, nzt
251             v(k,j,i) = v(k,j,i) + volume_flow_offset(2)                       &
252                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
253                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 )  &
254                                            )
255          ENDDO
256       ENDDO
257
258    ENDIF
259
260!
261!-- Remove mean vertical velocity in case that Neumann conditions are used both at bottom and top
262!-- boundary. With Neumann conditions at both vertical boundaries, the solver cannot remove
263!-- mean vertical velocities. They should be removed, because incompressibility requires that
264!-- the vertical gradient of vertical velocity is zero. Since w=0 at the solid surface, it must be
265!-- zero everywhere.
266!-- This must not be done in case of a 3d-nesting child domain, because a mean vertical velocity
267!-- can physically exist in such a domain.
268!-- Also in case of offline nesting, mean vertical velocities may exist (and must not be removed),
269!-- caused by horizontal divergence/convergence of the large scale flow that is prescribed at the
270!-- side boundaries.
271!-- The removal cannot be done before the first initial time step because ngp_2dh_outer
272!-- is not yet known then.
273    IF ( ibc_p_b == 1  .AND.  ibc_p_t == 1  .AND.  .NOT. nesting_offline                           &
274         .AND. .NOT. ( child_domain .AND. nesting_mode /= 'vertical' )                             &
275         .AND. intermediate_timestep_count /= 0 )                                                  &
276    THEN
277       w_l = 0.0_wp;  w_l_l = 0.0_wp
278       DO  i = nxl, nxr
279          DO  j = nys, nyn
280             DO  k = nzb+1, nzt
281                w_l_l(k) = w_l_l(k) + w(k,j,i)                                                     &
282                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
283             ENDDO
284          ENDDO
285       ENDDO
286#if defined( __parallel )   
287       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
288       CALL MPI_ALLREDUCE( w_l_l(1), w_l(1), nzt, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
289#else
290       w_l = w_l_l
291#endif
292       DO  k = 1, nzt
293          w_l(k) = w_l(k) / ngp_2dh_outer(k,0)
294       ENDDO
295       DO  i = nxlg, nxrg
296          DO  j = nysg, nyng
297             DO  k = nzb+1, nzt
298                w(k,j,i) = w(k,j,i) - w_l(k)                                                       &
299                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
300             ENDDO
301          ENDDO
302       ENDDO
303    ENDIF
304
305!
306!-- Compute the divergence of the provisional velocity field.
307    CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'start' )
308
309    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
310       !$OMP PARALLEL DO SCHEDULE( STATIC ) PRIVATE (i,j,k)
311       DO  i = nxl-1, nxr+1
312          DO  j = nys-1, nyn+1
313             DO  k = nzb, nzt+1
314                d(k,j,i) = 0.0_wp
315             ENDDO
316          ENDDO
317       ENDDO
318    ELSE
319       !$OMP PARALLEL DO SCHEDULE( STATIC ) PRIVATE (i,j,k)
320       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
321       !$ACC PRESENT(d)
322       DO  i = nxl, nxr
323          DO  j = nys, nyn
324             DO  k = nzb+1, nzt
325                d(k,j,i) = 0.0_wp
326             ENDDO
327          ENDDO
328       ENDDO
329    ENDIF
330
331    localsum  = 0.0_wp
332    threadsum = 0.0_wp
333
334#if defined( __ibm )
335    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k) FIRSTPRIVATE(threadsum) REDUCTION(+:localsum)
336    !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
337    DO  i = nxl, nxr
338       DO  j = nys, nyn
339          DO  k = nzb+1, nzt
340             d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +       &
341                          ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +       &
342                          ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                       &
343                            w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)           &
344                        ) * ddt_3d * d_weight_pres                             &
345                                   * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                    &
346                                            BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 )    &
347                                          )
348          ENDDO
349!
350!--       Compute possible PE-sum of divergences for flow_statistics
351          DO  k = nzb+1, nzt
352             threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )                           &
353                                   * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                    &
354                                            BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 )    &
355                                          )
356          ENDDO
357
358       ENDDO
359    ENDDO
360
361    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
362         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
363       localsum = localsum + threadsum * dt_3d * weight_pres_l
364    ENDIF
365    !$OMP END PARALLEL
366#else
367
368    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
369    !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
370    !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
371    !$ACC PRESENT(u, v, w, rho_air, rho_air_zw, ddzw, wall_flags_0) &
372    !$ACC PRESENT(d)
373    DO  i = nxl, nxr
374       DO  j = nys, nyn
375          DO  k = 1, nzt
376             d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +       &
377                          ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +       &
378                          ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                       &
379                            w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)           &
380                        ) * ddt_3d * d_weight_pres                             &
381                                   * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                    &
382                                            BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 )    &
383                                          )     
384          ENDDO
385       ENDDO
386    ENDDO
387    !$OMP END PARALLEL
388
389!
390!-- Compute possible PE-sum of divergences for flow_statistics. Carry out
391!-- computation only at last Runge-Kutta substep.
392    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
393         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
394       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k) FIRSTPRIVATE(threadsum) REDUCTION(+:localsum)
395       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
396       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i,j,k) &
397       !$ACC REDUCTION(+:threadsum) COPY(threadsum) &
398       !$ACC PRESENT(d)
399       DO  i = nxl, nxr
400          DO  j = nys, nyn
401             DO  k = nzb+1, nzt
402                threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )
403             ENDDO
404          ENDDO
405       ENDDO
406       localsum = localsum + threadsum * dt_3d * weight_pres_l
407       !$OMP END PARALLEL
408    ENDIF
409#endif
410
411!
412!-- For completeness, set the divergence sum of all statistic regions to those
413!-- of the total domain
414    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
415         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
416       sums_divold_l(0:statistic_regions) = localsum
417    ENDIF
418
419    CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'stop' )
420
421!
422!-- Compute the pressure perturbation solving the Poisson equation
423    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
424
425!
426!--    Solve Poisson equation via FFT and solution of tridiagonal matrices
427       CALL poisfft( d )
428
429!
430!--    Store computed perturbation pressure and set boundary condition in
431!--    z-direction
432       !$OMP PARALLEL DO PRIVATE (i,j,k)
433       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
434       !$ACC PRESENT(d, tend)
435       DO  i = nxl, nxr
436          DO  j = nys, nyn
437             DO  k = nzb+1, nzt
438                tend(k,j,i) = d(k,j,i)
439             ENDDO
440          ENDDO
441       ENDDO
442
443!
444!--    Bottom boundary:
445!--    This condition is only required for internal output. The pressure
446!--    gradient (dp(nzb+1)-dp(nzb))/dz is not used anywhere else.
447       IF ( ibc_p_b == 1 )  THEN
448!
449!--       Neumann (dp/dz = 0). Using surfae data type, first for non-natural
450!--       surfaces, then for natural and urban surfaces
451!--       Upward facing
452          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
453          !$ACC PARALLEL LOOP PRIVATE(i, j, k) &
454          !$ACC PRESENT(bc_h, tend)
455          DO  m = 1, bc_h(0)%ns
456             i = bc_h(0)%i(m)
457             j = bc_h(0)%j(m)
458             k = bc_h(0)%k(m)
459             tend(k-1,j,i) = tend(k,j,i)
460          ENDDO
461!
462!--       Downward facing
463          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
464          !$ACC PARALLEL LOOP PRIVATE(i, j, k) &
465          !$ACC PRESENT(bc_h, tend)
466          DO  m = 1, bc_h(1)%ns
467             i = bc_h(1)%i(m)
468             j = bc_h(1)%j(m)
469             k = bc_h(1)%k(m)
470             tend(k+1,j,i) = tend(k,j,i)
471          ENDDO
472
473       ELSE
474!
475!--       Dirichlet. Using surface data type, first for non-natural
476!--       surfaces, then for natural and urban surfaces
477!--       Upward facing
478          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
479          DO  m = 1, bc_h(0)%ns
480             i = bc_h(0)%i(m)
481             j = bc_h(0)%j(m)
482             k = bc_h(0)%k(m)
483             tend(k-1,j,i) = 0.0_wp
484          ENDDO
485!
486!--       Downward facing
487          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
488          DO  m = 1, bc_h(1)%ns
489             i = bc_h(1)%i(m)
490             j = bc_h(1)%j(m)
491             k = bc_h(1)%k(m)
492             tend(k+1,j,i) = 0.0_wp
493          ENDDO
494
495       ENDIF
496
497!
498!--    Top boundary
499       IF ( ibc_p_t == 1 )  THEN
500!
501!--       Neumann
502          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE (i,j,k)
503          DO  i = nxlg, nxrg
504             DO  j = nysg, nyng
505                tend(nzt+1,j,i) = tend(nzt,j,i)
506             ENDDO
507          ENDDO
508
509       ELSE
510!
511!--       Dirichlet
512          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE (i,j,k)
513          !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j) &
514          !$ACC PRESENT(tend)
515          DO  i = nxlg, nxrg
516             DO  j = nysg, nyng
517                tend(nzt+1,j,i) = 0.0_wp
518             ENDDO
519          ENDDO
520
521       ENDIF
522
523!
524!--    Exchange boundaries for p
525       CALL exchange_horiz( tend, nbgp )
526     
527    ELSEIF ( psolver == 'sor' )  THEN
528
529!
530!--    Solve Poisson equation for perturbation pressure using SOR-Red/Black
531!--    scheme
532       CALL sor( d, ddzu_pres, ddzw, p_loc )
533       tend = p_loc
534
535    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
536
537!
538!--    Solve Poisson equation for perturbation pressure using Multigrid scheme,
539!--    array tend is used to store the residuals.
540
541!--    If the number of grid points of the gathered grid, which is collected
542!--    on PE0, is larger than the number of grid points of an PE, than array
543!--    tend will be enlarged.
544       IF ( gathered_size > subdomain_size )  THEN
545          DEALLOCATE( tend )
546          ALLOCATE( tend(nzb:nzt_mg(mg_switch_to_pe0_level)+1,nys_mg(          &
547                    mg_switch_to_pe0_level)-1:nyn_mg(mg_switch_to_pe0_level)+1,&
548                    nxl_mg(mg_switch_to_pe0_level)-1:nxr_mg(                   &
549                    mg_switch_to_pe0_level)+1) )
550       ENDIF
551
552       IF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
553          CALL poismg( tend )
554       ELSE
555          CALL poismg_noopt( tend )
556       ENDIF
557
558       IF ( gathered_size > subdomain_size )  THEN
559          DEALLOCATE( tend )
560          ALLOCATE( tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
561       ENDIF
562
563!
564!--    Restore perturbation pressure on tend because this array is used
565!--    further below to correct the velocity fields
566       DO  i = nxl-1, nxr+1
567          DO  j = nys-1, nyn+1
568             DO  k = nzb, nzt+1
569                tend(k,j,i) = p_loc(k,j,i)
570             ENDDO
571          ENDDO
572       ENDDO
573
574    ENDIF
575
576!
577!-- Store perturbation pressure on array p, used for pressure data output.
578!-- Ghost layers are added in the output routines (except sor-method: see below)
579    IF ( intermediate_timestep_count <= 1 )  THEN
580       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
581       !$OMP DO
582       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
583       !$ACC PRESENT(p, tend)
584       DO  i = nxl-1, nxr+1
585          DO  j = nys-1, nyn+1
586             DO  k = nzb, nzt+1
587                p(k,j,i) = tend(k,j,i) * &
588                           weight_substep_l
589             ENDDO
590          ENDDO
591       ENDDO
592       !$OMP END PARALLEL
593
594    ELSEIF ( intermediate_timestep_count > 1 )  THEN
595       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
596       !$OMP DO
597       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
598       !$ACC PRESENT(p, tend)
599       DO  i = nxl-1, nxr+1
600          DO  j = nys-1, nyn+1
601             DO  k = nzb, nzt+1
602                p(k,j,i) = p(k,j,i) + tend(k,j,i) * &
603                           weight_substep_l
604             ENDDO
605          ENDDO
606       ENDDO
607       !$OMP END PARALLEL
608
609    ENDIF
610       
611!
612!-- SOR-method needs ghost layers for the next timestep
613    IF ( psolver == 'sor' )  CALL exchange_horiz( p, nbgp )
614
615!
616!-- Correction of the provisional velocities with the current perturbation
617!-- pressure just computed
618    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_lr_cyc .OR. bc_ns_cyc ) )  THEN
619       volume_flow_l(1) = 0.0_wp
620       volume_flow_l(2) = 0.0_wp
621    ENDIF
622!
623!-- Add pressure gradients to the velocity components. Note, the loops are
624!-- running over the entire model domain, even though, in case of non-cyclic
625!-- boundaries u- and v-component are not prognostic at i=0 and j=0,
626!-- respectiveley. However, in case of Dirichlet boundary conditions for the
627!-- velocities, zero-gradient conditions for the pressure are set, so that
628!-- no modification is imposed at the boundaries.
629    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
630    !$OMP DO
631    !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j, k) &
632    !$ACC PRESENT(u, v, w, tend, ddzu, wall_flags_0)
633    DO  i = nxl, nxr   
634       DO  j = nys, nyn
635
636          DO  k = nzb+1, nzt
637             w(k,j,i) = w(k,j,i) - dt_3d *                                     &
638                           ( tend(k+1,j,i) - tend(k,j,i) ) * ddzu(k+1)         &
639                                     * weight_pres_l                           &
640                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
641                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 )  &
642                                            )
643          ENDDO
644
645          DO  k = nzb+1, nzt
646             u(k,j,i) = u(k,j,i) - dt_3d *                                     &
647                           ( tend(k,j,i) - tend(k,j,i-1) ) * ddx               &
648                                     * weight_pres_l                           &
649                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
650                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 )  &
651                                            )
652          ENDDO
653
654          DO  k = nzb+1, nzt
655             v(k,j,i) = v(k,j,i) - dt_3d *                                     &
656                           ( tend(k,j,i) - tend(k,j-1,i) ) * ddy               &
657                                     * weight_pres_l                           &
658                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
659                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 )  &
660                                            )
661          ENDDO                                                         
662
663       ENDDO
664    ENDDO
665    !$OMP END PARALLEL
666
667!
668!-- The vertical velocity is not set to zero at nzt + 1 for nested domains
669!-- Instead it is set to the values of nzt (see routine vnest_boundary_conds
670!-- or pmci_interp_tril_t) BEFORE calling the pressure solver. To avoid jumps
671!-- while plotting profiles w at the top has to be set to the values in the
672!-- height nzt after above modifications. Hint: w level nzt+1 does not impact
673!-- results.
674    IF ( child_domain  .OR.  coupling_mode == 'vnested_fine' ) THEN
675       w(nzt+1,:,:) = w(nzt,:,:)
676    ENDIF
677
678!
679!-- Sum up the volume flow through the right and north boundary
680    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  bc_lr_cyc  .AND.  bc_ns_cyc  .AND.       &
681         nxr == nx )  THEN
682
683       !$OMP PARALLEL PRIVATE (j,k)
684       !$OMP DO
685       DO  j = nys, nyn
686          !$OMP CRITICAL
687          DO  k = nzb+1, nzt
688             volume_flow_l(1) = volume_flow_l(1) + u(k,j,nxr) * dzw(k)         &
689                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
690                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
691                                            )
692          ENDDO
693          !$OMP END CRITICAL
694       ENDDO
695       !$OMP END PARALLEL
696
697    ENDIF
698
699    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  bc_ns_cyc  .AND.  bc_lr_cyc  .AND.       &
700         nyn == ny )  THEN
701
702       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,k)
703       !$OMP DO
704       DO  i = nxl, nxr
705          !$OMP CRITICAL
706          DO  k = nzb+1, nzt
707             volume_flow_l(2) = volume_flow_l(2) + v(k,nyn,i) * dzw(k)         &
708                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
709                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
710                                            )
711           ENDDO
712          !$OMP END CRITICAL
713       ENDDO
714       !$OMP END PARALLEL
715
716    ENDIF
717   
718!
719!-- Conserve the volume flow
720    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_lr_cyc  .AND.  bc_ns_cyc ) )  THEN
721
722#if defined( __parallel )   
723       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
724       CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_l(1), volume_flow(1), 2, MPI_REAL, &
725                           MPI_SUM, comm2d, ierr ) 
726#else
727       volume_flow = volume_flow_l 
728#endif   
729
730       volume_flow_offset(1:2) = ( volume_flow_initial(1:2) - volume_flow(1:2) ) / &
731                            volume_flow_area(1:2)
732
733       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
734       !$OMP DO
735       DO  i = nxl, nxr
736          DO  j = nys, nyn
737             DO  k = nzb+1, nzt
738                u(k,j,i) = u(k,j,i) + volume_flow_offset(1)                    &
739                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
740                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 )  &
741                                            )
742             ENDDO
743             DO  k = nzb+1, nzt
744                v(k,j,i) = v(k,j,i) + volume_flow_offset(2)                    &
745                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
746                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 )  &
747                                            )
748             ENDDO
749          ENDDO
750       ENDDO
751
752       !$OMP END PARALLEL
753
754    ENDIF
755
756!
757!-- Exchange of boundaries for the velocities
758    CALL exchange_horiz( u, nbgp )
759    CALL exchange_horiz( v, nbgp )
760    CALL exchange_horiz( w, nbgp )
761
762!
763!-- Compute the divergence of the corrected velocity field,
764!-- A possible PE-sum is computed in flow_statistics. Carry out computation
765!-- only at last Runge-Kutta step.
766    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
767         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
768       CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'start' )
769       sums_divnew_l = 0.0_wp
770
771!
772!--    d must be reset to zero because it can contain nonzero values below the
773!--    topography
774       IF ( topography /= 'flat' )  d = 0.0_wp
775
776       localsum  = 0.0_wp
777       threadsum = 0.0_wp
778
779       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k) FIRSTPRIVATE(threadsum) REDUCTION(+:localsum)
780#if defined( __ibm )
781       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
782       DO  i = nxl, nxr
783          DO  j = nys, nyn
784             DO  k = nzb+1, nzt
785             d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +       &
786                          ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +       &
787                          ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                       &
788                            w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)           &
789                        ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                             &
790                                   BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 )             &
791                                 )
792             ENDDO
793             DO  k = nzb+1, nzt
794                threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )
795             ENDDO
796          ENDDO
797       ENDDO
798#else
799       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
800       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
801       !$ACC PRESENT(u, v, w, rho_air, rho_air_zw, ddzw, wall_flags_0) &
802       !$ACC PRESENT(d)
803       DO  i = nxl, nxr
804          DO  j = nys, nyn
805             DO  k = nzb+1, nzt
806                d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +    &
807                             ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +    &
808                             ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                    &
809                               w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)        &
810                           ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                          &
811                                   BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 )             &
812                                    )
813             ENDDO
814          ENDDO
815       ENDDO
816!
817!--    Compute possible PE-sum of divergences for flow_statistics
818       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
819       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
820       !$ACC REDUCTION(+:threadsum) COPY(threadsum) &
821       !$ACC PRESENT(d)
822       DO  i = nxl, nxr
823          DO  j = nys, nyn
824             DO  k = nzb+1, nzt
825                threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )
826             ENDDO
827          ENDDO
828       ENDDO
829#endif
830
831       localsum = localsum + threadsum
832       !$OMP END PARALLEL
833
834!
835!--    For completeness, set the divergence sum of all statistic regions to those
836!--    of the total domain
837       sums_divnew_l(0:statistic_regions) = localsum
838
839       CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'stop' )
840
841    ENDIF
842
843    CALL cpu_log( log_point(8), 'pres', 'stop' )
844
845 END SUBROUTINE pres
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.