source: palm/trunk/SOURCE/pres.f90 @ 4598

Last change on this file since 4598 was 4457, checked in by raasch, 13 months ago

ghost point exchange modularized, bugfix for wrong 2d-exchange

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 30.3 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 1997-2020 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: pres.f90 4457 2020-03-11 14:20:43Z suehring $
27! use statement for exchange horiz added
28!
29! 4360 2020-01-07 11:25:50Z suehring
30! Introduction of wall_flags_total_0, which currently sets bits based on static
31! topography information used in wall_flags_static_0
32!
33! 4329 2019-12-10 15:46:36Z motisi
34! Renamed wall_flags_0 to wall_flags_static_0
35!
36! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
37! Corrected "Former revisions" section
38!
39! 4015 2019-06-05 13:25:35Z raasch
40! variable child_domain_nvn eliminated
41!
42! 3849 2019-04-01 16:35:16Z knoop
43! OpenACC port for SPEC
44!
45! Revision 1.1  1997/07/24 11:24:44  raasch
46! Initial revision
47!
48!
49! Description:
50! ------------
51!> Compute the divergence of the provisional velocity field. Solve the Poisson
52!> equation for the perturbation pressure. Compute the final velocities using
53!> this perturbation pressure. Compute the remaining divergence.
54!------------------------------------------------------------------------------!
55 SUBROUTINE pres
56 
57
58    USE arrays_3d,                                                             &
59        ONLY:  d, ddzu, ddzu_pres, ddzw, dzw, p, p_loc, rho_air, rho_air_zw,   &
60               tend, u, v, w
61
62    USE control_parameters,                                                    &
63        ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_radiation_l, bc_radiation_n,           &
64               bc_radiation_r, bc_radiation_s, child_domain,                   &
65               conserve_volume_flow, coupling_mode,                            &
66               dt_3d, gathered_size, ibc_p_b, ibc_p_t,                         &
67               intermediate_timestep_count, intermediate_timestep_count_max,   &
68               mg_switch_to_pe0_level, nesting_offline,                        &
69               psolver, subdomain_size,                                        &
70               topography, volume_flow, volume_flow_area, volume_flow_initial
71
72    USE cpulog,                                                                &
73        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
74
75    USE exchange_horiz_mod,                                                    &
76        ONLY:  exchange_horiz
77
78    USE grid_variables,                                                        &
79        ONLY:  ddx, ddy
80
81    USE indices,                                                               &
82        ONLY:  nbgp, ngp_2dh_outer, nx, nxl, nxlg, nxl_mg, nxr, nxrg, nxr_mg,  &
83               ny, nys, nysg, nys_mg, nyn, nyng, nyn_mg, nzb, nzt, nzt_mg,     &
84               wall_flags_total_0
85
86    USE kinds
87
88    USE pegrid
89   
90    USE pmc_interface,                                                         &
91        ONLY:  nesting_mode
92
93    USE poisfft_mod,                                                           &
94        ONLY:  poisfft
95
96    USE poismg_mod
97
98    USE poismg_noopt_mod
99
100    USE statistics,                                                            &
101        ONLY:  statistic_regions, sums_divnew_l, sums_divold_l, weight_pres,   &
102               weight_substep
103
104    USE surface_mod,                                                           &
105        ONLY :  bc_h
106
107    IMPLICIT NONE
108
109    INTEGER(iwp) ::  i              !<
110    INTEGER(iwp) ::  j              !<
111    INTEGER(iwp) ::  k              !<
112    INTEGER(iwp) ::  m              !<
113
114    REAL(wp)     ::  ddt_3d         !<
115    REAL(wp)     ::  d_weight_pres  !<
116    REAL(wp)     ::  localsum       !<
117    REAL(wp)     ::  threadsum      !<
118    REAL(wp)     ::  weight_pres_l  !<
119    REAL(wp)     ::  weight_substep_l !<
120
121    REAL(wp), DIMENSION(1:3)   ::  volume_flow_l       !<
122    REAL(wp), DIMENSION(1:3)   ::  volume_flow_offset  !<
123    REAL(wp), DIMENSION(1:nzt) ::  w_l                 !<
124    REAL(wp), DIMENSION(1:nzt) ::  w_l_l               !<
125
126
127    CALL cpu_log( log_point(8), 'pres', 'start' )
128
129!
130!-- Calculate quantities to be used locally
131    ddt_3d = 1.0_wp / dt_3d
132    IF ( intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
133!
134!--    If pres is called before initial time step
135       weight_pres_l    = 1.0_wp
136       d_weight_pres    = 1.0_wp
137       weight_substep_l = 1.0_wp
138    ELSE
139       weight_pres_l    = weight_pres(intermediate_timestep_count)
140       d_weight_pres    = 1.0_wp / weight_pres(intermediate_timestep_count)
141       weight_substep_l = weight_substep(intermediate_timestep_count)
142    ENDIF
143
144!
145!-- Multigrid method expects array d to have one ghost layer.
146!--
147    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
148     
149       DEALLOCATE( d )
150       ALLOCATE( d(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ) 
151
152!
153!--    Since p is later used to hold the weighted average of the substeps, it
154!--    cannot be used in the iterative solver. Therefore, its initial value is
155!--    stored on p_loc, which is then iteratively advanced in every substep.
156       IF ( intermediate_timestep_count <= 1 )  THEN
157          DO  i = nxl-1, nxr+1
158             DO  j = nys-1, nyn+1
159                DO  k = nzb, nzt+1
160                   p_loc(k,j,i) = p(k,j,i)
161                ENDDO
162             ENDDO
163          ENDDO
164       ENDIF
165       
166    ELSEIF ( psolver == 'sor'  .AND.  intermediate_timestep_count <= 1 )  THEN
167
168!
169!--    Since p is later used to hold the weighted average of the substeps, it
170!--    cannot be used in the iterative solver. Therefore, its initial value is
171!--    stored on p_loc, which is then iteratively advanced in every substep.
172       p_loc = p
173
174    ENDIF
175
176!
177!-- Conserve the volume flow at the outflow in case of non-cyclic lateral
178!-- boundary conditions
179!-- WARNING: so far, this conservation does not work at the left/south
180!--          boundary if the topography at the inflow differs from that at the
181!--          outflow! For this case, volume_flow_area needs adjustment!
182!
183!-- Left/right
184    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_radiation_l .OR.                    &
185                                        bc_radiation_r ) )  THEN
186
187       volume_flow(1)   = 0.0_wp
188       volume_flow_l(1) = 0.0_wp
189
190       IF ( bc_radiation_l )  THEN
191          i = 0
192       ELSEIF ( bc_radiation_r )  THEN
193          i = nx+1
194       ENDIF
195
196       DO  j = nys, nyn
197!
198!--       Sum up the volume flow through the south/north boundary
199          DO  k = nzb+1, nzt
200             volume_flow_l(1) = volume_flow_l(1) + u(k,j,i) * dzw(k)           &
201                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
202                                        BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 1 )  &
203                                            )
204          ENDDO
205       ENDDO
206
207#if defined( __parallel )   
208       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dy, ierr )
209       CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_l(1), volume_flow(1), 1, MPI_REAL, &
210                           MPI_SUM, comm1dy, ierr )   
211#else
212       volume_flow = volume_flow_l 
213#endif
214       volume_flow_offset(1) = ( volume_flow_initial(1) - volume_flow(1) ) &
215                               / volume_flow_area(1)
216
217       DO  j = nysg, nyng
218          DO  k = nzb+1, nzt
219             u(k,j,i) = u(k,j,i) + volume_flow_offset(1)                       &
220                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
221                                        BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 1 )  &
222                                            )
223          ENDDO
224       ENDDO
225
226    ENDIF
227
228!
229!-- South/north
230    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_radiation_n .OR. bc_radiation_s ) )  THEN
231
232       volume_flow(2)   = 0.0_wp
233       volume_flow_l(2) = 0.0_wp
234
235       IF ( bc_radiation_s )  THEN
236          j = 0
237       ELSEIF ( bc_radiation_n )  THEN
238          j = ny+1
239       ENDIF
240
241       DO  i = nxl, nxr
242!
243!--       Sum up the volume flow through the south/north boundary
244          DO  k = nzb+1, nzt
245             volume_flow_l(2) = volume_flow_l(2) + v(k,j,i) * dzw(k)           &
246                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
247                                        BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 2 )  &
248                                            )
249          ENDDO
250       ENDDO
251
252#if defined( __parallel )   
253       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm1dx, ierr )
254       CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_l(2), volume_flow(2), 1, MPI_REAL, &
255                           MPI_SUM, comm1dx, ierr )   
256#else
257       volume_flow = volume_flow_l 
258#endif
259       volume_flow_offset(2) = ( volume_flow_initial(2) - volume_flow(2) )    &
260                               / volume_flow_area(2)
261
262       DO  i = nxlg, nxrg
263          DO  k = nzb+1, nzt
264             v(k,j,i) = v(k,j,i) + volume_flow_offset(2)                       &
265                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
266                                        BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 2 )  &
267                                            )
268          ENDDO
269       ENDDO
270
271    ENDIF
272
273!
274!-- Remove mean vertical velocity in case that Neumann conditions are used both at bottom and top
275!-- boundary. With Neumann conditions at both vertical boundaries, the solver cannot remove
276!-- mean vertical velocities. They should be removed, because incompressibility requires that
277!-- the vertical gradient of vertical velocity is zero. Since w=0 at the solid surface, it must be
278!-- zero everywhere.
279!-- This must not be done in case of a 3d-nesting child domain, because a mean vertical velocity
280!-- can physically exist in such a domain.
281!-- Also in case of offline nesting, mean vertical velocities may exist (and must not be removed),
282!-- caused by horizontal divergence/convergence of the large scale flow that is prescribed at the
283!-- side boundaries.
284!-- The removal cannot be done before the first initial time step because ngp_2dh_outer
285!-- is not yet known then.
286    IF ( ibc_p_b == 1  .AND.  ibc_p_t == 1  .AND.  .NOT. nesting_offline                           &
287         .AND. .NOT. ( child_domain .AND. nesting_mode /= 'vertical' )                             &
288         .AND. intermediate_timestep_count /= 0 )                                                  &
289    THEN
290       w_l = 0.0_wp;  w_l_l = 0.0_wp
291       DO  i = nxl, nxr
292          DO  j = nys, nyn
293             DO  k = nzb+1, nzt
294                w_l_l(k) = w_l_l(k) + w(k,j,i)                                                     &
295                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 3 ) )
296             ENDDO
297          ENDDO
298       ENDDO
299#if defined( __parallel )   
300       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
301       CALL MPI_ALLREDUCE( w_l_l(1), w_l(1), nzt, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
302#else
303       w_l = w_l_l
304#endif
305       DO  k = 1, nzt
306          w_l(k) = w_l(k) / ngp_2dh_outer(k,0)
307       ENDDO
308       DO  i = nxlg, nxrg
309          DO  j = nysg, nyng
310             DO  k = nzb+1, nzt
311                w(k,j,i) = w(k,j,i) - w_l(k)                                                       &
312                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 3 ) )
313             ENDDO
314          ENDDO
315       ENDDO
316    ENDIF
317
318!
319!-- Compute the divergence of the provisional velocity field.
320    CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'start' )
321
322    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
323       !$OMP PARALLEL DO SCHEDULE( STATIC ) PRIVATE (i,j,k)
324       DO  i = nxl-1, nxr+1
325          DO  j = nys-1, nyn+1
326             DO  k = nzb, nzt+1
327                d(k,j,i) = 0.0_wp
328             ENDDO
329          ENDDO
330       ENDDO
331    ELSE
332       !$OMP PARALLEL DO SCHEDULE( STATIC ) PRIVATE (i,j,k)
333       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
334       !$ACC PRESENT(d)
335       DO  i = nxl, nxr
336          DO  j = nys, nyn
337             DO  k = nzb+1, nzt
338                d(k,j,i) = 0.0_wp
339             ENDDO
340          ENDDO
341       ENDDO
342    ENDIF
343
344    localsum  = 0.0_wp
345    threadsum = 0.0_wp
346
347#if defined( __ibm )
348    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k) FIRSTPRIVATE(threadsum) REDUCTION(+:localsum)
349    !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
350    DO  i = nxl, nxr
351       DO  j = nys, nyn
352          DO  k = nzb+1, nzt
353             d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +       &
354                          ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +       &
355                          ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                       &
356                            w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)           &
357                        ) * ddt_3d * d_weight_pres                             &
358                                   * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                    &
359                                      BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 )    &
360                                          )
361          ENDDO
362!
363!--       Compute possible PE-sum of divergences for flow_statistics
364          DO  k = nzb+1, nzt
365             threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )                           &
366                                   * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                    &
367                                      BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 )    &
368                                          )
369          ENDDO
370
371       ENDDO
372    ENDDO
373
374    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
375         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
376       localsum = localsum + threadsum * dt_3d * weight_pres_l
377    ENDIF
378    !$OMP END PARALLEL
379#else
380
381    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
382    !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
383    !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
384    !$ACC PRESENT(u, v, w, rho_air, rho_air_zw, ddzw, wall_flags_total_0) &
385    !$ACC PRESENT(d)
386    DO  i = nxl, nxr
387       DO  j = nys, nyn
388          DO  k = 1, nzt
389             d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +       &
390                          ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +       &
391                          ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                       &
392                            w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)           &
393                        ) * ddt_3d * d_weight_pres                             &
394                                   * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                    &
395                                      BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 )    &
396                                          )     
397          ENDDO
398       ENDDO
399    ENDDO
400    !$OMP END PARALLEL
401
402!
403!-- Compute possible PE-sum of divergences for flow_statistics. Carry out
404!-- computation only at last Runge-Kutta substep.
405    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
406         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
407       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k) FIRSTPRIVATE(threadsum) REDUCTION(+:localsum)
408       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
409       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i,j,k) &
410       !$ACC REDUCTION(+:threadsum) COPY(threadsum) &
411       !$ACC PRESENT(d)
412       DO  i = nxl, nxr
413          DO  j = nys, nyn
414             DO  k = nzb+1, nzt
415                threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )
416             ENDDO
417          ENDDO
418       ENDDO
419       localsum = localsum + threadsum * dt_3d * weight_pres_l
420       !$OMP END PARALLEL
421    ENDIF
422#endif
423
424!
425!-- For completeness, set the divergence sum of all statistic regions to those
426!-- of the total domain
427    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
428         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
429       sums_divold_l(0:statistic_regions) = localsum
430    ENDIF
431
432    CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'stop' )
433
434!
435!-- Compute the pressure perturbation solving the Poisson equation
436    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
437
438!
439!--    Solve Poisson equation via FFT and solution of tridiagonal matrices
440       CALL poisfft( d )
441
442!
443!--    Store computed perturbation pressure and set boundary condition in
444!--    z-direction
445       !$OMP PARALLEL DO PRIVATE (i,j,k)
446       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
447       !$ACC PRESENT(d, tend)
448       DO  i = nxl, nxr
449          DO  j = nys, nyn
450             DO  k = nzb+1, nzt
451                tend(k,j,i) = d(k,j,i)
452             ENDDO
453          ENDDO
454       ENDDO
455
456!
457!--    Bottom boundary:
458!--    This condition is only required for internal output. The pressure
459!--    gradient (dp(nzb+1)-dp(nzb))/dz is not used anywhere else.
460       IF ( ibc_p_b == 1 )  THEN
461!
462!--       Neumann (dp/dz = 0). Using surfae data type, first for non-natural
463!--       surfaces, then for natural and urban surfaces
464!--       Upward facing
465          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
466          !$ACC PARALLEL LOOP PRIVATE(i, j, k) &
467          !$ACC PRESENT(bc_h, tend)
468          DO  m = 1, bc_h(0)%ns
469             i = bc_h(0)%i(m)
470             j = bc_h(0)%j(m)
471             k = bc_h(0)%k(m)
472             tend(k-1,j,i) = tend(k,j,i)
473          ENDDO
474!
475!--       Downward facing
476          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
477          !$ACC PARALLEL LOOP PRIVATE(i, j, k) &
478          !$ACC PRESENT(bc_h, tend)
479          DO  m = 1, bc_h(1)%ns
480             i = bc_h(1)%i(m)
481             j = bc_h(1)%j(m)
482             k = bc_h(1)%k(m)
483             tend(k+1,j,i) = tend(k,j,i)
484          ENDDO
485
486       ELSE
487!
488!--       Dirichlet. Using surface data type, first for non-natural
489!--       surfaces, then for natural and urban surfaces
490!--       Upward facing
491          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
492          DO  m = 1, bc_h(0)%ns
493             i = bc_h(0)%i(m)
494             j = bc_h(0)%j(m)
495             k = bc_h(0)%k(m)
496             tend(k-1,j,i) = 0.0_wp
497          ENDDO
498!
499!--       Downward facing
500          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( i, j, k )
501          DO  m = 1, bc_h(1)%ns
502             i = bc_h(1)%i(m)
503             j = bc_h(1)%j(m)
504             k = bc_h(1)%k(m)
505             tend(k+1,j,i) = 0.0_wp
506          ENDDO
507
508       ENDIF
509
510!
511!--    Top boundary
512       IF ( ibc_p_t == 1 )  THEN
513!
514!--       Neumann
515          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE (i,j,k)
516          DO  i = nxlg, nxrg
517             DO  j = nysg, nyng
518                tend(nzt+1,j,i) = tend(nzt,j,i)
519             ENDDO
520          ENDDO
521
522       ELSE
523!
524!--       Dirichlet
525          !$OMP PARALLEL DO PRIVATE (i,j,k)
526          !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j) &
527          !$ACC PRESENT(tend)
528          DO  i = nxlg, nxrg
529             DO  j = nysg, nyng
530                tend(nzt+1,j,i) = 0.0_wp
531             ENDDO
532          ENDDO
533
534       ENDIF
535
536!
537!--    Exchange boundaries for p
538       CALL exchange_horiz( tend, nbgp )
539     
540    ELSEIF ( psolver == 'sor' )  THEN
541
542!
543!--    Solve Poisson equation for perturbation pressure using SOR-Red/Black
544!--    scheme
545       CALL sor( d, ddzu_pres, ddzw, p_loc )
546       tend = p_loc
547
548    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
549
550!
551!--    Solve Poisson equation for perturbation pressure using Multigrid scheme,
552!--    array tend is used to store the residuals.
553
554!--    If the number of grid points of the gathered grid, which is collected
555!--    on PE0, is larger than the number of grid points of an PE, than array
556!--    tend will be enlarged.
557       IF ( gathered_size > subdomain_size )  THEN
558          DEALLOCATE( tend )
559          ALLOCATE( tend(nzb:nzt_mg(mg_switch_to_pe0_level)+1,nys_mg(          &
560                    mg_switch_to_pe0_level)-1:nyn_mg(mg_switch_to_pe0_level)+1,&
561                    nxl_mg(mg_switch_to_pe0_level)-1:nxr_mg(                   &
562                    mg_switch_to_pe0_level)+1) )
563       ENDIF
564
565       IF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
566          CALL poismg( tend )
567       ELSE
568          CALL poismg_noopt( tend )
569       ENDIF
570
571       IF ( gathered_size > subdomain_size )  THEN
572          DEALLOCATE( tend )
573          ALLOCATE( tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
574       ENDIF
575
576!
577!--    Restore perturbation pressure on tend because this array is used
578!--    further below to correct the velocity fields
579       DO  i = nxl-1, nxr+1
580          DO  j = nys-1, nyn+1
581             DO  k = nzb, nzt+1
582                tend(k,j,i) = p_loc(k,j,i)
583             ENDDO
584          ENDDO
585       ENDDO
586
587    ENDIF
588
589!
590!-- Store perturbation pressure on array p, used for pressure data output.
591!-- Ghost layers are added in the output routines (except sor-method: see below)
592    IF ( intermediate_timestep_count <= 1 )  THEN
593       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
594       !$OMP DO
595       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
596       !$ACC PRESENT(p, tend)
597       DO  i = nxl-1, nxr+1
598          DO  j = nys-1, nyn+1
599             DO  k = nzb, nzt+1
600                p(k,j,i) = tend(k,j,i) * &
601                           weight_substep_l
602             ENDDO
603          ENDDO
604       ENDDO
605       !$OMP END PARALLEL
606
607    ELSEIF ( intermediate_timestep_count > 1 )  THEN
608       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
609       !$OMP DO
610       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
611       !$ACC PRESENT(p, tend)
612       DO  i = nxl-1, nxr+1
613          DO  j = nys-1, nyn+1
614             DO  k = nzb, nzt+1
615                p(k,j,i) = p(k,j,i) + tend(k,j,i) * &
616                           weight_substep_l
617             ENDDO
618          ENDDO
619       ENDDO
620       !$OMP END PARALLEL
621
622    ENDIF
623       
624!
625!-- SOR-method needs ghost layers for the next timestep
626    IF ( psolver == 'sor' )  CALL exchange_horiz( p, nbgp )
627
628!
629!-- Correction of the provisional velocities with the current perturbation
630!-- pressure just computed
631    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_lr_cyc .OR. bc_ns_cyc ) )  THEN
632       volume_flow_l(1) = 0.0_wp
633       volume_flow_l(2) = 0.0_wp
634    ENDIF
635!
636!-- Add pressure gradients to the velocity components. Note, the loops are
637!-- running over the entire model domain, even though, in case of non-cyclic
638!-- boundaries u- and v-component are not prognostic at i=0 and j=0,
639!-- respectiveley. However, in case of Dirichlet boundary conditions for the
640!-- velocities, zero-gradient conditions for the pressure are set, so that
641!-- no modification is imposed at the boundaries.
642    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
643    !$OMP DO
644    !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(2) PRIVATE(i, j, k) &
645    !$ACC PRESENT(u, v, w, tend, ddzu, wall_flags_total_0)
646    DO  i = nxl, nxr   
647       DO  j = nys, nyn
648
649          DO  k = nzb+1, nzt
650             w(k,j,i) = w(k,j,i) - dt_3d *                                     &
651                           ( tend(k+1,j,i) - tend(k,j,i) ) * ddzu(k+1)         &
652                                     * weight_pres_l                           &
653                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
654                                        BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 3 )  &
655                                            )
656          ENDDO
657
658          DO  k = nzb+1, nzt
659             u(k,j,i) = u(k,j,i) - dt_3d *                                     &
660                           ( tend(k,j,i) - tend(k,j,i-1) ) * ddx               &
661                                     * weight_pres_l                           &
662                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
663                                        BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 1 )  &
664                                            )
665          ENDDO
666
667          DO  k = nzb+1, nzt
668             v(k,j,i) = v(k,j,i) - dt_3d *                                     &
669                           ( tend(k,j,i) - tend(k,j-1,i) ) * ddy               &
670                                     * weight_pres_l                           &
671                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
672                                        BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 2 )  &
673                                            )
674          ENDDO                                                         
675
676       ENDDO
677    ENDDO
678    !$OMP END PARALLEL
679
680!
681!-- The vertical velocity is not set to zero at nzt + 1 for nested domains
682!-- Instead it is set to the values of nzt (see routine vnest_boundary_conds
683!-- or pmci_interp_tril_t) BEFORE calling the pressure solver. To avoid jumps
684!-- while plotting profiles w at the top has to be set to the values in the
685!-- height nzt after above modifications. Hint: w level nzt+1 does not impact
686!-- results.
687    IF ( child_domain  .OR.  coupling_mode == 'vnested_fine' ) THEN
688       w(nzt+1,:,:) = w(nzt,:,:)
689    ENDIF
690
691!
692!-- Sum up the volume flow through the right and north boundary
693    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  bc_lr_cyc  .AND.  bc_ns_cyc  .AND.       &
694         nxr == nx )  THEN
695
696       !$OMP PARALLEL PRIVATE (j,k)
697       !$OMP DO
698       DO  j = nys, nyn
699          !$OMP CRITICAL
700          DO  k = nzb+1, nzt
701             volume_flow_l(1) = volume_flow_l(1) + u(k,j,nxr) * dzw(k)         &
702                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
703                                        BTEST( wall_flags_total_0(k,j,nxr), 1 )&
704                                            )
705          ENDDO
706          !$OMP END CRITICAL
707       ENDDO
708       !$OMP END PARALLEL
709
710    ENDIF
711
712    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  bc_ns_cyc  .AND.  bc_lr_cyc  .AND.       &
713         nyn == ny )  THEN
714
715       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,k)
716       !$OMP DO
717       DO  i = nxl, nxr
718          !$OMP CRITICAL
719          DO  k = nzb+1, nzt
720             volume_flow_l(2) = volume_flow_l(2) + v(k,nyn,i) * dzw(k)         &
721                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
722                                        BTEST( wall_flags_total_0(k,nyn,i), 2 )&
723                                            )
724           ENDDO
725          !$OMP END CRITICAL
726       ENDDO
727       !$OMP END PARALLEL
728
729    ENDIF
730   
731!
732!-- Conserve the volume flow
733    IF ( conserve_volume_flow  .AND.  ( bc_lr_cyc  .AND.  bc_ns_cyc ) )  THEN
734
735#if defined( __parallel )   
736       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
737       CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_l(1), volume_flow(1), 2, MPI_REAL, &
738                           MPI_SUM, comm2d, ierr ) 
739#else
740       volume_flow = volume_flow_l 
741#endif   
742
743       volume_flow_offset(1:2) = ( volume_flow_initial(1:2) - volume_flow(1:2) ) / &
744                            volume_flow_area(1:2)
745
746       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k)
747       !$OMP DO
748       DO  i = nxl, nxr
749          DO  j = nys, nyn
750             DO  k = nzb+1, nzt
751                u(k,j,i) = u(k,j,i) + volume_flow_offset(1)                    &
752                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
753                                        BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 1 )  &
754                                            )
755             ENDDO
756             DO  k = nzb+1, nzt
757                v(k,j,i) = v(k,j,i) + volume_flow_offset(2)                    &
758                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
759                                        BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 2 )  &
760                                            )
761             ENDDO
762          ENDDO
763       ENDDO
764
765       !$OMP END PARALLEL
766
767    ENDIF
768
769!
770!-- Exchange of boundaries for the velocities
771    CALL exchange_horiz( u, nbgp )
772    CALL exchange_horiz( v, nbgp )
773    CALL exchange_horiz( w, nbgp )
774
775!
776!-- Compute the divergence of the corrected velocity field,
777!-- A possible PE-sum is computed in flow_statistics. Carry out computation
778!-- only at last Runge-Kutta step.
779    IF ( intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max  .OR.  &
780         intermediate_timestep_count == 0 )  THEN
781       CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'start' )
782       sums_divnew_l = 0.0_wp
783
784!
785!--    d must be reset to zero because it can contain nonzero values below the
786!--    topography
787       IF ( topography /= 'flat' )  d = 0.0_wp
788
789       localsum  = 0.0_wp
790       threadsum = 0.0_wp
791
792       !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j,k) FIRSTPRIVATE(threadsum) REDUCTION(+:localsum)
793#if defined( __ibm )
794       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
795       DO  i = nxl, nxr
796          DO  j = nys, nyn
797             DO  k = nzb+1, nzt
798             d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +       &
799                          ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +       &
800                          ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                       &
801                            w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)           &
802                        ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                             &
803                             BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 )             &
804                                 )
805             ENDDO
806             DO  k = nzb+1, nzt
807                threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )
808             ENDDO
809          ENDDO
810       ENDDO
811#else
812       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
813       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
814       !$ACC PRESENT(u, v, w, rho_air, rho_air_zw, ddzw, wall_flags_total_0) &
815       !$ACC PRESENT(d)
816       DO  i = nxl, nxr
817          DO  j = nys, nyn
818             DO  k = nzb+1, nzt
819                d(k,j,i) = ( ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddx +    &
820                             ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * rho_air(k) * ddy +    &
821                             ( w(k,j,i)   * rho_air_zw(k) -                    &
822                               w(k-1,j,i) * rho_air_zw(k-1) ) * ddzw(k)        &
823                           ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                          &
824                             BTEST( wall_flags_total_0(k,j,i), 0 )             &
825                                    )
826             ENDDO
827          ENDDO
828       ENDDO
829!
830!--    Compute possible PE-sum of divergences for flow_statistics
831       !$OMP DO SCHEDULE( STATIC )
832       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
833       !$ACC REDUCTION(+:threadsum) COPY(threadsum) &
834       !$ACC PRESENT(d)
835       DO  i = nxl, nxr
836          DO  j = nys, nyn
837             DO  k = nzb+1, nzt
838                threadsum = threadsum + ABS( d(k,j,i) )
839             ENDDO
840          ENDDO
841       ENDDO
842#endif
843
844       localsum = localsum + threadsum
845       !$OMP END PARALLEL
846
847!
848!--    For completeness, set the divergence sum of all statistic regions to those
849!--    of the total domain
850       sums_divnew_l(0:statistic_regions) = localsum
851
852       CALL cpu_log( log_point_s(1), 'divergence', 'stop' )
853
854    ENDIF
855
856    CALL cpu_log( log_point(8), 'pres', 'stop' )
857
858 END SUBROUTINE pres
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.