source: palm/trunk/SOURCE/pres.f90 @ 4329

Last change on this file since 4329 was 4329, checked in by motisi, 4 years ago

Renamed wall_flags_0 to wall_flags_static_0

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 30.1 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 4329 2019-12-10 15:46:36Z motisi $
27! Renamed wall_flags_0 to wall_flags_static_0
28!
29! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
30! Corrected "Former revisions" section
31!
32! 4015 2019-06-05 13:25:35Z raasch
33! variable child_domain_nvn eliminated
34!
35! 3849 2019-04-01 16:35:16Z knoop
36! OpenACC port for SPEC
37!
38! Revision 1.1  1997/07/24 11:24:44  raasch
39! Initial revision
40!
41!
42! Description:
43! ------------
44!> Compute the divergence of the provisional velocity field. Solve the Poisson
45!> equation for the perturbation pressure. Compute the final velocities using
46!> this perturbation pressure. Compute the remaining divergence.
47!------------------------------------------------------------------------------!
48 SUBROUTINE pres
49 
50
51    USE arrays_3d,                                                             &
52        ONLY:  d, ddzu, ddzu_pres, ddzw, dzw, p, p_loc, rho_air, rho_air_zw,   &
53               tend, u, v, w
54
55    USE control_parameters,                                                    &
56        ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_radiation_l, bc_radiation_n,           &
57               bc_radiation_r, bc_radiation_s, child_domain,                   &
58               conserve_volume_flow, coupling_mode,                            &
59               dt_3d, gathered_size, ibc_p_b, ibc_p_t,                         &
60               intermediate_timestep_count, intermediate_timestep_count_max,   &
61               mg_switch_to_pe0_level, nesting_offline,                        &
62               psolver, subdomain_size,                                        &
63               topography, volume_flow, volume_flow_area, volume_flow_initial
64
65    USE cpulog,                                                                &
66        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
67
68    USE grid_variables,                                                        &
69        ONLY:  ddx, ddy
70
71    USE indices,                                                               &
72        ONLY:  nbgp, ngp_2dh_outer, nx, nxl, nxlg, nxl_mg, nxr, nxrg, nxr_mg,  &
73               ny, nys, nysg, nys_mg, nyn, nyng, nyn_mg, nzb, nzt, nzt_mg,     &
74               wall_flags_static_0
75
76    USE kinds
77
78    USE pegrid
79   
80    USE pmc_interface,                                                         &
81        ONLY:  nesting_mode 
82
83    USE poisfft_mod,                                                           &
84        ONLY:  poisfft
85
86    USE poismg_mod
87
88    USE poismg_noopt_mod
89
90    USE statistics,                                                            &
91        ONLY:  statistic_regions, sums_divnew_l, sums_divold_l, weight_pres,   &
92               weight_substep
93
94    USE surface_mod,                                                           &
95        ONLY :  bc_h
96
97    IMPLICIT NONE
98
99    INTEGER(iwp) ::  i              !<
100    INTEGER(iwp) ::  j              !<
101    INTEGER(iwp) ::  k              !<
102    INTEGER(iwp) ::  m              !<
103
104    REAL(wp)     ::  ddt_3d         !<
105    REAL(wp)     ::  d_weight_pres  !<
106    REAL(wp)     ::  localsum       !<
107    REAL(wp)     ::  threadsum      !<
108    REAL(wp)     ::  weight_pres_l  !<
109    REAL(wp)     ::  weight_substep_l !<
110
111    REAL(wp), DIMENSION(1:3)   ::  volume_flow_l       !<
112    REAL(wp), DIMENSION(1:3)   ::  volume_flow_offset  !<
113    REAL(wp), DIMENSION(1:nzt) ::  w_l                 !<
114    REAL(wp), DIMENSION(1:nzt) ::  w_l_l               !<
115
116
117    CALL cpu_log( log_point(8), 'pres', 'start' )
118
119!
120!-- Calculate quantities to be used locally
121    ddt_3d = 1.0_wp / dt_3d
122    IF ( intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
123!
124!--    If pres is called before initial time step
125       weight_pres_l    = 1.0_wp
126       d_weight_pres    = 1.0_wp
127       weight_substep_l = 1.0_wp
128    ELSE
129       weight_pres_l    = weight_pres(intermediate_timestep_count)
130       d_weight_pres    = 1.0_wp / weight_pres(intermediate_timestep_count)
131       weight_substep_l = weight_substep(intermediate_timestep_count)
132    ENDIF
133
134!
135!-- Multigrid method expects array d to have one ghost layer.
136!--
137    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
138     
139       DEALLOCATE( d )
140       ALLOCATE( d(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ) 
141
142!
143!--    Since p is later used to hold the weighted average of the substeps, it
144!--    cannot be used in the iterative solver. Therefore, its initial value is
145!--    stored on p_loc, which is then iteratively advanced in every substep.
146       IF ( intermediate_timestep_count <= 1 )  THEN
147          DO  i = nxl-1, nxr+1
148             DO  j = nys-1, nyn+1
149                DO  k = nzb, nzt+1
150                   p_loc(k,j,i) = p(k,j,i)
151                ENDDO
152             ENDDO
153          ENDDO
154       ENDIF
155       
156    ELSEIF ( psolver == 'sor'  .AND.  intermediate_timestep_count <= 1 )  THEN
157
158!
159!--    Since p is later used to hold the weighted average of the substeps, it
160!--    cannot be used in the iterative solver. Therefore, its initial value is
161!--    stored on p_loc, which is then iteratively advanced in every substep.
162       p_loc = p
163
164    ENDIF
165
166!
167!-- Conserve the volume flow at the outflow in case of non-cyclic lateral
168!-- boundary conditions
169!-- WARNING: so far, this conservation does not work at the left/south
170!--          boundary if the topography at the inflow differs from that at the
171!--          outflow! For this case, volume_flow_area needs adjustment!
172!
173!-- Left/right
174    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_radiation_l .OR.                    &
175                                        bc_radiation_r ) )  THEN
176
177       volume_flow(1)   = 0.0_wp
178       volume_flow_l(1) = 0.0_wp
179
180       IF ( bc_radiation_l )  THEN
181          i = 0
182       ELSEIF ( bc_radiation_r )  THEN
183          i = nx+1
184       ENDIF
185
186       DO  j = nys, nyn
187!
188!--       Sum up the volume flow through the south/north boundary
189          DO  k = nzb+1, nzt
190             volume_flow_l(1) = volume_flow_l(1) + u(k,j,i) * dzw(k)           &
191                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
192                                              BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 1 )  &
193                                            )
194          ENDDO
195       ENDDO
196
197#if defined( __parallel )   
198       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
199       CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_l(1), volume_flow(1), 1, MPI_REAL, &
200                           MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
201#else
202       volume_flow = volume_flow_l 
203#endif
204       volume_flow_offset(1) = ( volume_flow_initial(1) - volume_flow(1) ) &
205                               / volume_flow_area(1)
206
207       DO  j = nysg, nyng
208          DO  k = nzb+1, nzt
209             u(k,j,i) = u(k,j,i) + volume_flow_offset(1)                       &
210                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
211                                              BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 1 )  &
212                                            )
213          ENDDO
214       ENDDO
215
216    ENDIF
217
218!
219!-- South/north
220    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_radiation_n .OR. bc_radiation_s ) )  THEN
221
222       volume_flow(2)   = 0.0_wp
223       volume_flow_l(2) = 0.0_wp
224
225       IF ( bc_radiation_s )  THEN
226          j = 0
227       ELSEIF ( bc_radiation_n )  THEN
228          j = ny+1
229       ENDIF
230
231       DO  i = nxl, nxr
232!
233!--       Sum up the volume flow through the south/north boundary
234          DO  k = nzb+1, nzt
235             volume_flow_l(2) = volume_flow_l(2) + v(k,j,i) * dzw(k)           &
236                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
237                                              BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 2 )  &
238                                            )
239          ENDDO
240       ENDDO
241
242#if defined( __parallel )   
243       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
244       CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_l(2), volume_flow(2), 1, MPI_REAL, &
245                           MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
246#else
247       volume_flow = volume_flow_l 
248#endif
249       volume_flow_offset(2) = ( volume_flow_initial(2) - volume_flow(2) )    &
250                               / volume_flow_area(2)
251
252       DO  i = nxlg, nxrg
253          DO  k = nzb+1, nzt
254             v(k,j,i) = v(k,j,i) + volume_flow_offset(2)                       &
255                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
256                                              BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 2 )  &
257                                            )
258          ENDDO
259       ENDDO
260
261    ENDIF
262
263!
264!-- Remove mean vertical velocity in case that Neumann conditions are used both at bottom and top
265!-- boundary. With Neumann conditions at both vertical boundaries, the solver cannot remove
266!-- mean vertical velocities. They should be removed, because incompressibility requires that
267!-- the vertical gradient of vertical velocity is zero. Since w=0 at the solid surface, it must be
268!-- zero everywhere.
269!-- This must not be done in case of a 3d-nesting child domain, because a mean vertical velocity
270!-- can physically exist in such a domain.
271!-- Also in case of offline nesting, mean vertical velocities may exist (and must not be removed),
272!-- caused by horizontal divergence/convergence of the large scale flow that is prescribed at the
273!-- side boundaries.
274!-- The removal cannot be done before the first initial time step because ngp_2dh_outer
275!-- is not yet known then.
276    IF ( ibc_p_b == 1  .AND.  ibc_p_t == 1  .AND.  .NOT. nesting_offline                           &
277         .AND. .NOT. ( child_domain .AND. nesting_mode /= 'vertical' )                             &
278         .AND. intermediate_timestep_count /= 0 )                                                  &
279    THEN
280       w_l = 0.0_wp;  w_l_l = 0.0_wp
281       DO  i = nxl, nxr
282          DO  j = nys, nyn
283             DO  k = nzb+1, nzt
284                w_l_l(k) = w_l_l(k) + w(k,j,i)                                                     &
285                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 3 ) )
286             ENDDO
287          ENDDO
288       ENDDO
289#if defined( __parallel )   
290       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
291       CALL MPI_ALLREDUCE( w_l_l(1), w_l(1), nzt, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
292#else
293       w_l = w_l_l
294#endif
295       DO  k = 1, nzt
296          w_l(k) = w_l(k) / ngp_2dh_outer(k,0)
297       ENDDO
298       DO  i = nxlg, nxrg
299          DO  j = nysg, nyng
300             DO  k = nzb+1, nzt
301                w(k,j,i) = w(k,j,i) - w_l(k)                                                       &
302                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 3 ) )
303             ENDDO
304          ENDDO
305       ENDDO
306    ENDIF
307
308!
309!-- Compute the divergence of the provisional velocity field.
310    CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'start' )
311
312    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
313       !$OMP PARALLEL DO SCHEDULE( STATIC ) PRIVATE (i,j,k)
314       DO  i = nxl-1, nxr+1
315          DO  j = nys-1, nyn+1
316             DO  k = nzb, nzt+1
317                d(k,j,i) = 0.0_wp
318             ENDDO
319          ENDDO
320       ENDDO
321    ELSE
322       !$OMP PARALLEL DO SCHEDULE( STATIC ) PRIVATE (i,j,k)
323       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
324       !$ACC PRESENT(d)
325       DO  i = nxl, nxr
326          DO  j = nys, nyn
327             DO  k = nzb+1, nzt
328                d(k,j,i) = 0.0_wp
329             ENDDO
330          ENDDO
331       ENDDO
332    ENDIF
333
334    localsum  = 0.0_wp
335    threadsum = 0.0_wp
336
337#if defined( __ibm )
338    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k) FIRSTPRIVATE(threadsum) REDUCTION(+:localsum)
339    !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
340    DO  i = nxl, nxr
341       DO  j = nys, nyn
342          DO  k = nzb+1, nzt
343             d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +       &
344                          ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +       &
345                          ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                       &
346                            w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)           &
347                        ) * ddt_3d * d_weight_pres                             &
348                                   * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                    &
349                                            BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 0 )    &
350                                          )
351          ENDDO
352!
353!--       Compute possible PE-sum of divergences for flow_statistics
354          DO  k = nzb+1, nzt
355             threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )                           &
356                                   * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                    &
357                                            BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 0 )    &
358                                          )
359          ENDDO
360
361       ENDDO
362    ENDDO
363
364    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
365         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
366       localsum = localsum + threadsum * dt_3d * weight_pres_l
367    ENDIF
368    !$OMP END PARALLEL
369#else
370
371    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
372    !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
373    !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
374    !$ACC PRESENT(u, v, w, rho_air, rho_air_zw, ddzw, wall_flags_static_0) &
375    !$ACC PRESENT(d)
376    DO  i = nxl, nxr
377       DO  j = nys, nyn
378          DO  k = 1, nzt
379             d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +       &
380                          ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +       &
381                          ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                       &
382                            w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)           &
383                        ) * ddt_3d * d_weight_pres                             &
384                                   * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                    &
385                                            BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 0 )    &
386                                          )     
387          ENDDO
388       ENDDO
389    ENDDO
390    !$OMP END PARALLEL
391
392!
393!-- Compute possible PE-sum of divergences for flow_statistics. Carry out
394!-- computation only at last Runge-Kutta substep.
395    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
396         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
397       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k) FIRSTPRIVATE(threadsum) REDUCTION(+:localsum)
398       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
399       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i,j,k) &
400       !$ACC REDUCTION(+:threadsum) COPY(threadsum) &
401       !$ACC PRESENT(d)
402       DO  i = nxl, nxr
403          DO  j = nys, nyn
404             DO  k = nzb+1, nzt
405                threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )
406             ENDDO
407          ENDDO
408       ENDDO
409       localsum = localsum + threadsum * dt_3d * weight_pres_l
410       !$OMP END PARALLEL
411    ENDIF
412#endif
413
414!
415!-- For completeness, set the divergence sum of all statistic regions to those
416!-- of the total domain
417    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
418         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
419       sums_divold_l(0:statistic_regions) = localsum
420    ENDIF
421
422    CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'stop' )
423
424!
425!-- Compute the pressure perturbation solving the Poisson equation
426    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
427
428!
429!--    Solve Poisson equation via FFT and solution of tridiagonal matrices
430       CALL poisfft( d )
431
432!
433!--    Store computed perturbation pressure and set boundary condition in
434!--    z-direction
435       !$OMP PARALLEL DO PRIVATE (i,j,k)
436       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
437       !$ACC PRESENT(d, tend)
438       DO  i = nxl, nxr
439          DO  j = nys, nyn
440             DO  k = nzb+1, nzt
441                tend(k,j,i) = d(k,j,i)
442             ENDDO
443          ENDDO
444       ENDDO
445
446!
447!--    Bottom boundary:
448!--    This condition is only required for internal output. The pressure
449!--    gradient (dp(nzb+1)-dp(nzb))/dz is not used anywhere else.
450       IF ( ibc_p_b == 1 )  THEN
451!
452!--       Neumann (dp/dz = 0). Using surfae data type, first for non-natural
453!--       surfaces, then for natural and urban surfaces
454!--       Upward facing
455          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
456          !$ACC PARALLEL LOOP PRIVATE(i, j, k) &
457          !$ACC PRESENT(bc_h, tend)
458          DO  m = 1, bc_h(0)%ns
459             i = bc_h(0)%i(m)
460             j = bc_h(0)%j(m)
461             k = bc_h(0)%k(m)
462             tend(k-1,j,i) = tend(k,j,i)
463          ENDDO
464!
465!--       Downward facing
466          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
467          !$ACC PARALLEL LOOP PRIVATE(i, j, k) &
468          !$ACC PRESENT(bc_h, tend)
469          DO  m = 1, bc_h(1)%ns
470             i = bc_h(1)%i(m)
471             j = bc_h(1)%j(m)
472             k = bc_h(1)%k(m)
473             tend(k+1,j,i) = tend(k,j,i)
474          ENDDO
475
476       ELSE
477!
478!--       Dirichlet. Using surface data type, first for non-natural
479!--       surfaces, then for natural and urban surfaces
480!--       Upward facing
481          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
482          DO  m = 1, bc_h(0)%ns
483             i = bc_h(0)%i(m)
484             j = bc_h(0)%j(m)
485             k = bc_h(0)%k(m)
486             tend(k-1,j,i) = 0.0_wp
487          ENDDO
488!
489!--       Downward facing
490          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
491          DO  m = 1, bc_h(1)%ns
492             i = bc_h(1)%i(m)
493             j = bc_h(1)%j(m)
494             k = bc_h(1)%k(m)
495             tend(k+1,j,i) = 0.0_wp
496          ENDDO
497
498       ENDIF
499
500!
501!--    Top boundary
502       IF ( ibc_p_t == 1 )  THEN
503!
504!--       Neumann
505          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE (i,j,k)
506          DO  i = nxlg, nxrg
507             DO  j = nysg, nyng
508                tend(nzt+1,j,i) = tend(nzt,j,i)
509             ENDDO
510          ENDDO
511
512       ELSE
513!
514!--       Dirichlet
515          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE (i,j,k)
516          !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j) &
517          !$ACC PRESENT(tend)
518          DO  i = nxlg, nxrg
519             DO  j = nysg, nyng
520                tend(nzt+1,j,i) = 0.0_wp
521             ENDDO
522          ENDDO
523
524       ENDIF
525
526!
527!--    Exchange boundaries for p
528       CALL exchange_horiz( tend, nbgp )
529     
530    ELSEIF ( psolver == 'sor' )  THEN
531
532!
533!--    Solve Poisson equation for perturbation pressure using SOR-Red/Black
534!--    scheme
535       CALL sor( d, ddzu_pres, ddzw, p_loc )
536       tend = p_loc
537
538    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
539
540!
541!--    Solve Poisson equation for perturbation pressure using Multigrid scheme,
542!--    array tend is used to store the residuals.
543
544!--    If the number of grid points of the gathered grid, which is collected
545!--    on PE0, is larger than the number of grid points of an PE, than array
546!--    tend will be enlarged.
547       IF ( gathered_size > subdomain_size )  THEN
548          DEALLOCATE( tend )
549          ALLOCATE( tend(nzb:nzt_mg(mg_switch_to_pe0_level)+1,nys_mg(          &
550                    mg_switch_to_pe0_level)-1:nyn_mg(mg_switch_to_pe0_level)+1,&
551                    nxl_mg(mg_switch_to_pe0_level)-1:nxr_mg(                   &
552                    mg_switch_to_pe0_level)+1) )
553       ENDIF
554
555       IF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
556          CALL poismg( tend )
557       ELSE
558          CALL poismg_noopt( tend )
559       ENDIF
560
561       IF ( gathered_size > subdomain_size )  THEN
562          DEALLOCATE( tend )
563          ALLOCATE( tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
564       ENDIF
565
566!
567!--    Restore perturbation pressure on tend because this array is used
568!--    further below to correct the velocity fields
569       DO  i = nxl-1, nxr+1
570          DO  j = nys-1, nyn+1
571             DO  k = nzb, nzt+1
572                tend(k,j,i) = p_loc(k,j,i)
573             ENDDO
574          ENDDO
575       ENDDO
576
577    ENDIF
578
579!
580!-- Store perturbation pressure on array p, used for pressure data output.
581!-- Ghost layers are added in the output routines (except sor-method: see below)
582    IF ( intermediate_timestep_count <= 1 )  THEN
583       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
584       !$OMP DO
585       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
586       !$ACC PRESENT(p, tend)
587       DO  i = nxl-1, nxr+1
588          DO  j = nys-1, nyn+1
589             DO  k = nzb, nzt+1
590                p(k,j,i) = tend(k,j,i) * &
591                           weight_substep_l
592             ENDDO
593          ENDDO
594       ENDDO
595       !$OMP END PARALLEL
596
597    ELSEIF ( intermediate_timestep_count > 1 )  THEN
598       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
599       !$OMP DO
600       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
601       !$ACC PRESENT(p, tend)
602       DO  i = nxl-1, nxr+1
603          DO  j = nys-1, nyn+1
604             DO  k = nzb, nzt+1
605                p(k,j,i) = p(k,j,i) + tend(k,j,i) * &
606                           weight_substep_l
607             ENDDO
608          ENDDO
609       ENDDO
610       !$OMP END PARALLEL
611
612    ENDIF
613       
614!
615!-- SOR-method needs ghost layers for the next timestep
616    IF ( psolver == 'sor' )  CALL exchange_horiz( p, nbgp )
617
618!
619!-- Correction of the provisional velocities with the current perturbation
620!-- pressure just computed
621    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_lr_cyc .OR. bc_ns_cyc ) )  THEN
622       volume_flow_l(1) = 0.0_wp
623       volume_flow_l(2) = 0.0_wp
624    ENDIF
625!
626!-- Add pressure gradients to the velocity components. Note, the loops are
627!-- running over the entire model domain, even though, in case of non-cyclic
628!-- boundaries u- and v-component are not prognostic at i=0 and j=0,
629!-- respectiveley. However, in case of Dirichlet boundary conditions for the
630!-- velocities, zero-gradient conditions for the pressure are set, so that
631!-- no modification is imposed at the boundaries.
632    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
633    !$OMP DO
634    !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j, k) &
635    !$ACC PRESENT(u, v, w, tend, ddzu, wall_flags_static_0)
636    DO  i = nxl, nxr   
637       DO  j = nys, nyn
638
639          DO  k = nzb+1, nzt
640             w(k,j,i) = w(k,j,i) - dt_3d *                                     &
641                           ( tend(k+1,j,i) - tend(k,j,i) ) * ddzu(k+1)         &
642                                     * weight_pres_l                           &
643                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
644                                              BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 3 )  &
645                                            )
646          ENDDO
647
648          DO  k = nzb+1, nzt
649             u(k,j,i) = u(k,j,i) - dt_3d *                                     &
650                           ( tend(k,j,i) - tend(k,j,i-1) ) * ddx               &
651                                     * weight_pres_l                           &
652                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
653                                              BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 1 )  &
654                                            )
655          ENDDO
656
657          DO  k = nzb+1, nzt
658             v(k,j,i) = v(k,j,i) - dt_3d *                                     &
659                           ( tend(k,j,i) - tend(k,j-1,i) ) * ddy               &
660                                     * weight_pres_l                           &
661                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
662                                              BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 2 )  &
663                                            )
664          ENDDO                                                         
665
666       ENDDO
667    ENDDO
668    !$OMP END PARALLEL
669
670!
671!-- The vertical velocity is not set to zero at nzt + 1 for nested domains
672!-- Instead it is set to the values of nzt (see routine vnest_boundary_conds
673!-- or pmci_interp_tril_t) BEFORE calling the pressure solver. To avoid jumps
674!-- while plotting profiles w at the top has to be set to the values in the
675!-- height nzt after above modifications. Hint: w level nzt+1 does not impact
676!-- results.
677    IF ( child_domain  .OR.  coupling_mode == 'vnested_fine' ) THEN
678       w(nzt+1,:,:) = w(nzt,:,:)
679    ENDIF
680
681!
682!-- Sum up the volume flow through the right and north boundary
683    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  bc_lr_cyc  .AND.  bc_ns_cyc  .AND.       &
684         nxr == nx )  THEN
685
686       !$OMP PARALLEL PRIVATE (j,k)
687       !$OMP DO
688       DO  j = nys, nyn
689          !$OMP CRITICAL
690          DO  k = nzb+1, nzt
691             volume_flow_l(1) = volume_flow_l(1) + u(k,j,nxr) * dzw(k)         &
692                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
693                                              BTEST( wall_flags_static_0(k,j,nxr), 1 )&
694                                            )
695          ENDDO
696          !$OMP END CRITICAL
697       ENDDO
698       !$OMP END PARALLEL
699
700    ENDIF
701
702    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  bc_ns_cyc  .AND.  bc_lr_cyc  .AND.       &
703         nyn == ny )  THEN
704
705       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,k)
706       !$OMP DO
707       DO  i = nxl, nxr
708          !$OMP CRITICAL
709          DO  k = nzb+1, nzt
710             volume_flow_l(2) = volume_flow_l(2) + v(k,nyn,i) * dzw(k)         &
711                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
712                                              BTEST( wall_flags_static_0(k,nyn,i), 2 )&
713                                            )
714           ENDDO
715          !$OMP END CRITICAL
716       ENDDO
717       !$OMP END PARALLEL
718
719    ENDIF
720   
721!
722!-- Conserve the volume flow
723    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_lr_cyc  .AND.  bc_ns_cyc ) )  THEN
724
725#if defined( __parallel )   
726       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
727       CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_l(1), volume_flow(1), 2, MPI_REAL, &
728                           MPI_SUM, comm2d, ierr ) 
729#else
730       volume_flow = volume_flow_l 
731#endif   
732
733       volume_flow_offset(1:2) = ( volume_flow_initial(1:2) - volume_flow(1:2) ) / &
734                            volume_flow_area(1:2)
735
736       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
737       !$OMP DO
738       DO  i = nxl, nxr
739          DO  j = nys, nyn
740             DO  k = nzb+1, nzt
741                u(k,j,i) = u(k,j,i) + volume_flow_offset(1)                    &
742                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
743                                              BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 1 )  &
744                                            )
745             ENDDO
746             DO  k = nzb+1, nzt
747                v(k,j,i) = v(k,j,i) + volume_flow_offset(2)                    &
748                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
749                                              BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 2 )  &
750                                            )
751             ENDDO
752          ENDDO
753       ENDDO
754
755       !$OMP END PARALLEL
756
757    ENDIF
758
759!
760!-- Exchange of boundaries for the velocities
761    CALL exchange_horiz( u, nbgp )
762    CALL exchange_horiz( v, nbgp )
763    CALL exchange_horiz( w, nbgp )
764
765!
766!-- Compute the divergence of the corrected velocity field,
767!-- A possible PE-sum is computed in flow_statistics. Carry out computation
768!-- only at last Runge-Kutta step.
769    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
770         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
771       CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'start' )
772       sums_divnew_l = 0.0_wp
773
774!
775!--    d must be reset to zero because it can contain nonzero values below the
776!--    topography
777       IF ( topography /= 'flat' )  d = 0.0_wp
778
779       localsum  = 0.0_wp
780       threadsum = 0.0_wp
781
782       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k) FIRSTPRIVATE(threadsum) REDUCTION(+:localsum)
783#if defined( __ibm )
784       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
785       DO  i = nxl, nxr
786          DO  j = nys, nyn
787             DO  k = nzb+1, nzt
788             d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +       &
789                          ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +       &
790                          ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                       &
791                            w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)           &
792                        ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                             &
793                                   BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 0 )             &
794                                 )
795             ENDDO
796             DO  k = nzb+1, nzt
797                threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )
798             ENDDO
799          ENDDO
800       ENDDO
801#else
802       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
803       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
804       !$ACC PRESENT(u, v, w, rho_air, rho_air_zw, ddzw, wall_flags_static_0) &
805       !$ACC PRESENT(d)
806       DO  i = nxl, nxr
807          DO  j = nys, nyn
808             DO  k = nzb+1, nzt
809                d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +    &
810                             ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +    &
811                             ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                    &
812                               w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)        &
813                           ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                          &
814                                   BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 0 )             &
815                                    )
816             ENDDO
817          ENDDO
818       ENDDO
819!
820!--    Compute possible PE-sum of divergences for flow_statistics
821       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
822       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
823       !$ACC REDUCTION(+:threadsum) COPY(threadsum) &
824       !$ACC PRESENT(d)
825       DO  i = nxl, nxr
826          DO  j = nys, nyn
827             DO  k = nzb+1, nzt
828                threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )
829             ENDDO
830          ENDDO
831       ENDDO
832#endif
833
834       localsum = localsum + threadsum
835       !$OMP END PARALLEL
836
837!
838!--    For completeness, set the divergence sum of all statistic regions to those
839!--    of the total domain
840       sums_divnew_l(0:statistic_regions) = localsum
841
842       CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'stop' )
843
844    ENDIF
845
846    CALL cpu_log( log_point(8), 'pres', 'stop' )
847
848 END SUBROUTINE pres
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.