| [1] | 1 | MODULE production_e_mod |
|---|
| 2 | |
|---|
| 3 | !------------------------------------------------------------------------------! |
|---|
| 4 | ! Actual revisions: |
|---|
| 5 | ! ----------------- |
|---|
| [19] | 6 | ! Calculation extended for gridpoint nzt, extended for given temperature / |
|---|
| 7 | ! humidity fluxes at the top |
|---|
| [1] | 8 | ! |
|---|
| 9 | ! Former revisions: |
|---|
| 10 | ! ----------------- |
|---|
| [3] | 11 | ! $Id: production_e.f90 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch $ |
|---|
| 12 | ! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up |
|---|
| 13 | ! |
|---|
| [1] | 14 | ! Revision 1.21 2006/04/26 12:45:35 raasch |
|---|
| 15 | ! OpenMP parallelization of production_e_init |
|---|
| 16 | ! |
|---|
| 17 | ! Revision 1.1 1997/09/19 07:45:35 raasch |
|---|
| 18 | ! Initial revision |
|---|
| 19 | ! |
|---|
| 20 | ! |
|---|
| 21 | ! Description: |
|---|
| 22 | ! ------------ |
|---|
| 23 | ! Production terms (shear + buoyancy) of the TKE |
|---|
| 24 | !------------------------------------------------------------------------------! |
|---|
| 25 | |
|---|
| 26 | PRIVATE |
|---|
| 27 | PUBLIC production_e, production_e_init |
|---|
| 28 | |
|---|
| 29 | LOGICAL, SAVE :: first_call = .TRUE. |
|---|
| 30 | |
|---|
| 31 | REAL, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE, SAVE :: u_0, v_0 |
|---|
| 32 | |
|---|
| 33 | INTERFACE production_e |
|---|
| 34 | MODULE PROCEDURE production_e |
|---|
| 35 | MODULE PROCEDURE production_e_ij |
|---|
| 36 | END INTERFACE production_e |
|---|
| 37 | |
|---|
| 38 | INTERFACE production_e_init |
|---|
| 39 | MODULE PROCEDURE production_e_init |
|---|
| 40 | END INTERFACE production_e_init |
|---|
| 41 | |
|---|
| 42 | CONTAINS |
|---|
| 43 | |
|---|
| 44 | |
|---|
| 45 | !------------------------------------------------------------------------------! |
|---|
| 46 | ! Call for all grid points |
|---|
| 47 | !------------------------------------------------------------------------------! |
|---|
| 48 | SUBROUTINE production_e |
|---|
| 49 | |
|---|
| 50 | USE arrays_3d |
|---|
| 51 | USE cloud_parameters |
|---|
| 52 | USE control_parameters |
|---|
| 53 | USE grid_variables |
|---|
| 54 | USE indices |
|---|
| 55 | USE statistics |
|---|
| 56 | |
|---|
| 57 | IMPLICIT NONE |
|---|
| 58 | |
|---|
| 59 | INTEGER :: i, j, k |
|---|
| 60 | |
|---|
| 61 | REAL :: def, dudx, dudy, dudz, dvdx, dvdy, dvdz, dwdx, dwdy, dwdz, & |
|---|
| 62 | k1, k2, theta, temp, usvs, vsus, wsus, wsvs |
|---|
| 63 | |
|---|
| 64 | |
|---|
| 65 | ! |
|---|
| 66 | !-- Calculate TKE production by shear |
|---|
| 67 | DO i = nxl, nxr |
|---|
| 68 | |
|---|
| 69 | DO j = nys, nyn |
|---|
| [19] | 70 | DO k = nzb_diff_s_outer(j,i), nzt |
|---|
| [1] | 71 | |
|---|
| 72 | dudx = ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * ddx |
|---|
| 73 | dudy = 0.25 * ( u(k,j+1,i) + u(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 74 | u(k,j-1,i) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy |
|---|
| 75 | dudz = 0.5 * ( u(k+1,j,i) + u(k+1,j,i+1) - & |
|---|
| 76 | u(k-1,j,i) - u(k-1,j,i+1) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 77 | |
|---|
| 78 | dvdx = 0.25 * ( v(k,j,i+1) + v(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 79 | v(k,j,i-1) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx |
|---|
| 80 | dvdy = ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * ddy |
|---|
| 81 | dvdz = 0.5 * ( v(k+1,j,i) + v(k+1,j+1,i) - & |
|---|
| 82 | v(k-1,j,i) - v(k-1,j+1,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 83 | |
|---|
| 84 | dwdx = 0.25 * ( w(k,j,i+1) + w(k-1,j,i+1) - & |
|---|
| 85 | w(k,j,i-1) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx |
|---|
| 86 | dwdy = 0.25 * ( w(k,j+1,i) + w(k-1,j+1,i) - & |
|---|
| 87 | w(k,j-1,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy |
|---|
| 88 | dwdz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k) |
|---|
| 89 | |
|---|
| 90 | def = 2.0 * ( dudx**2 + dvdy**2 + dwdz**2 ) + & |
|---|
| 91 | dudy**2 + dvdx**2 + dwdx**2 + dwdy**2 + dudz**2 + & |
|---|
| 92 | dvdz**2 + 2.0 * ( dvdx*dudy + dwdx*dudz + dwdy*dvdz ) |
|---|
| 93 | |
|---|
| 94 | IF ( def < 0.0 ) def = 0.0 |
|---|
| 95 | |
|---|
| 96 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + km(k,j,i) * def |
|---|
| 97 | |
|---|
| 98 | ENDDO |
|---|
| 99 | ENDDO |
|---|
| 100 | |
|---|
| 101 | IF ( use_surface_fluxes ) THEN |
|---|
| 102 | |
|---|
| 103 | ! |
|---|
| 104 | !-- Position neben Gebaeudewand |
|---|
| 105 | !-- 2 - Wird immer ausgefuehrt. 'Boden und Wand: |
|---|
| 106 | !-- u_0,v_0 und Wall functions' |
|---|
| 107 | DO j = nys, nyn |
|---|
| 108 | |
|---|
| 109 | IF ( ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) .OR. ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) ) & |
|---|
| 110 | THEN |
|---|
| 111 | |
|---|
| 112 | k = nzb_diff_s_inner(j,i) - 1 |
|---|
| 113 | dudx = ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * ddx |
|---|
| 114 | IF ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 115 | usvs = kappa * 0.5 * ( u(k,j,i) + u(k,j,i+1) ) & |
|---|
| 116 | / LOG( 0.5 * dy / z0(j,i) ) |
|---|
| 117 | usvs = usvs * ABS( usvs ) |
|---|
| 118 | dudy = wall_e_y(j,i) * usvs / km(k,j,i) |
|---|
| 119 | ELSE |
|---|
| 120 | dudy = 0.25 * ( u(k,j+1,i) + u(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 121 | u(k,j-1,i) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy |
|---|
| 122 | ENDIF |
|---|
| 123 | dudz = 0.5 * ( u(k+1,j,i) + u(k+1,j,i+1) - & |
|---|
| 124 | u_0(j,i) - u_0(j,i+1) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 125 | |
|---|
| 126 | IF ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 127 | vsus = kappa * 0.5 * ( v(k,j,i) + v(k,j+1,i) ) & |
|---|
| 128 | / LOG( 0.5 * dx / z0(j,i)) |
|---|
| 129 | vsus = vsus * ABS( vsus ) |
|---|
| 130 | dvdx = wall_e_x(j,i) * vsus / km(k,j,i) |
|---|
| 131 | ELSE |
|---|
| 132 | dvdx = 0.25 * ( v(k,j,i+1) + v(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 133 | v(k,j,i-1) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx |
|---|
| 134 | ENDIF |
|---|
| 135 | dvdy = ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * ddy |
|---|
| 136 | dvdz = 0.5 * ( v(k+1,j,i) + v(k+1,j+1,i) - & |
|---|
| 137 | v_0(j,i) - v_0(j+1,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 138 | |
|---|
| 139 | IF ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 140 | wsus = kappa * 0.5 * ( w(k,j,i) + w(k-1,j,i) ) & |
|---|
| 141 | / LOG( 0.5 * dx / z0(j,i)) |
|---|
| 142 | wsus = wsus * ABS( wsus ) |
|---|
| 143 | dwdx = wall_e_x(j,i) * wsus / km(k,j,i) |
|---|
| 144 | ELSE |
|---|
| 145 | dwdx = 0.25 * ( w(k,j,i+1) + w(k-1,j,i+1) - & |
|---|
| 146 | w(k,j,i-1) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx |
|---|
| 147 | ENDIF |
|---|
| 148 | IF ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 149 | wsvs = kappa * ( w(k,j,i) + w(k-1,j,i) ) & |
|---|
| 150 | / LOG( 0.5 * dy / z0(j,i)) |
|---|
| 151 | wsvs = wsvs * ABS( wsvs ) |
|---|
| 152 | dwdy = wall_e_y(j,i) * wsvs / km(k,j,i) |
|---|
| 153 | ELSE |
|---|
| 154 | dwdy = 0.25 * ( w(k,j+1,i) + w(k-1,j+1,i) - & |
|---|
| 155 | w(k,j-1,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy |
|---|
| 156 | ENDIF |
|---|
| 157 | dwdz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k) |
|---|
| 158 | |
|---|
| 159 | def = 2.0 * ( dudx**2 + dvdy**2 + dwdz**2 ) + & |
|---|
| 160 | dudy**2 + dvdx**2 + dwdx**2 + dwdy**2 + dudz**2 + & |
|---|
| 161 | dvdz**2 + 2.0 * ( dvdx*dudy + dwdx*dudz + dwdy*dvdz ) |
|---|
| 162 | |
|---|
| 163 | IF ( def < 0.0 ) def = 0.0 |
|---|
| 164 | |
|---|
| 165 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + km(k,j,i) * def |
|---|
| 166 | |
|---|
| 167 | ENDIF |
|---|
| 168 | |
|---|
| 169 | ENDDO |
|---|
| 170 | |
|---|
| 171 | ! |
|---|
| 172 | !-- 3 - Wird nur ausgefuehrt, wenn mindestens ein Niveau |
|---|
| 173 | !-- zwischen 2 und 4 liegt, d.h. ab einer Gebaeudemindest- |
|---|
| 174 | !-- hoehe von 2 dz. 'Nur Wand: Wall functions' |
|---|
| 175 | DO j = nys, nyn |
|---|
| 176 | |
|---|
| 177 | IF ( ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) .OR. ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) ) & |
|---|
| 178 | THEN |
|---|
| 179 | |
|---|
| 180 | DO k = nzb_diff_s_inner(j,i), nzb_diff_s_outer(j,i)-2 |
|---|
| 181 | |
|---|
| 182 | dudx = ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * ddx |
|---|
| 183 | IF ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 184 | usvs = kappa * 0.5 * ( u(k,j,i) + u(k,j,i+1) ) & |
|---|
| 185 | / LOG( 0.5 * dy / z0(j,i) ) |
|---|
| 186 | usvs = usvs * ABS( usvs ) |
|---|
| 187 | dudy = wall_e_y(j,i) * usvs / km(k,j,i) |
|---|
| 188 | ELSE |
|---|
| 189 | dudy = 0.25 * ( u(k,j+1,i) + u(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 190 | u(k,j-1,i) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy |
|---|
| 191 | ENDIF |
|---|
| 192 | dudz = 0.5 * ( u(k+1,j,i) + u(k+1,j,i+1) - & |
|---|
| 193 | u(k-1,j,i) - u(k-1,j,i+1) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 194 | |
|---|
| 195 | IF ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 196 | vsus = kappa * 0.5 * ( v(k,j,i) + v(k,j+1,i) ) & |
|---|
| 197 | / LOG( 0.5 * dx / z0(j,i)) |
|---|
| 198 | vsus = vsus * ABS( vsus ) |
|---|
| 199 | dvdx = wall_e_x(j,i) * vsus / km(k,j,i) |
|---|
| 200 | ELSE |
|---|
| 201 | dvdx = 0.25 * ( v(k,j,i+1) + v(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 202 | v(k,j,i-1) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx |
|---|
| 203 | ENDIF |
|---|
| 204 | dvdy = ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * ddy |
|---|
| 205 | dvdz = 0.5 * ( v(k+1,j,i) + v(k+1,j+1,i) - & |
|---|
| 206 | v(k-1,j,i) - v(k-1,j+1,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 207 | |
|---|
| 208 | IF ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 209 | wsus = kappa * 0.5 * ( w(k,j,i) + w(k-1,j,i) ) & |
|---|
| 210 | / LOG( 0.5 * dx / z0(j,i)) |
|---|
| 211 | wsus = wsus * ABS( wsus ) |
|---|
| 212 | dwdx = wall_e_x(j,i) * wsus / km(k,j,i) |
|---|
| 213 | ELSE |
|---|
| 214 | dwdx = 0.25 * ( w(k,j,i+1) + w(k-1,j,i+1) - & |
|---|
| 215 | w(k,j,i-1) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx |
|---|
| 216 | ENDIF |
|---|
| 217 | IF ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 218 | wsvs = kappa * ( w(k,j,i) + w(k-1,j,i) ) & |
|---|
| 219 | / LOG( 0.5 * dy / z0(j,i)) |
|---|
| 220 | wsvs = wsvs * ABS( wsvs ) |
|---|
| 221 | dwdy = wall_e_y(j,i) * wsvs / km(k,j,i) |
|---|
| 222 | ELSE |
|---|
| 223 | dwdy = 0.25 * ( w(k,j+1,i) + w(k-1,j+1,i) - & |
|---|
| 224 | w(k,j-1,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy |
|---|
| 225 | ENDIF |
|---|
| 226 | dwdz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k) |
|---|
| 227 | |
|---|
| 228 | def = 2.0 * ( dudx**2 + dvdy**2 + dwdz**2 ) + & |
|---|
| 229 | dudy**2 + dvdx**2 + dwdx**2 + dwdy**2 + dudz**2 + & |
|---|
| 230 | dvdz**2 + 2.0 * ( dvdx*dudy + dwdx*dudz + dwdy*dvdz ) |
|---|
| 231 | |
|---|
| 232 | IF ( def < 0.0 ) def = 0.0 |
|---|
| 233 | |
|---|
| 234 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + km(k,j,i) * def |
|---|
| 235 | |
|---|
| 236 | ENDDO |
|---|
| 237 | |
|---|
| 238 | ENDIF |
|---|
| 239 | |
|---|
| 240 | ENDDO |
|---|
| 241 | |
|---|
| 242 | ! |
|---|
| 243 | !-- 4 - Wird immer ausgefuehrt. |
|---|
| 244 | !-- 'Sonderfall: Freie Atmosphaere' (wie bei 0) |
|---|
| 245 | DO j = nys, nyn |
|---|
| 246 | |
|---|
| 247 | IF ( ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) .OR. ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) ) & |
|---|
| 248 | THEN |
|---|
| 249 | |
|---|
| 250 | k = nzb_diff_s_outer(j,i)-1 |
|---|
| 251 | |
|---|
| 252 | dudx = ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * ddx |
|---|
| 253 | dudy = 0.25 * ( u(k,j+1,i) + u(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 254 | u(k,j-1,i) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy |
|---|
| 255 | dudz = 0.5 * ( u(k+1,j,i) + u(k+1,j,i+1) - & |
|---|
| 256 | u(k-1,j,i) - u(k-1,j,i+1) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 257 | |
|---|
| 258 | dvdx = 0.25 * ( v(k,j,i+1) + v(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 259 | v(k,j,i-1) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx |
|---|
| 260 | dvdy = ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * ddy |
|---|
| 261 | dvdz = 0.5 * ( v(k+1,j,i) + v(k+1,j+1,i) - & |
|---|
| 262 | v(k-1,j,i) - v(k-1,j+1,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 263 | |
|---|
| 264 | dwdx = 0.25 * ( w(k,j,i+1) + w(k-1,j,i+1) - & |
|---|
| 265 | w(k,j,i-1) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx |
|---|
| 266 | dwdy = 0.25 * ( w(k,j+1,i) + w(k-1,j+1,i) - & |
|---|
| 267 | w(k,j-1,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy |
|---|
| 268 | dwdz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k) |
|---|
| 269 | |
|---|
| 270 | def = 2.0 * ( dudx**2 + dvdy**2 + dwdz**2 ) + & |
|---|
| 271 | dudy**2 + dvdx**2 + dwdx**2 + dwdy**2 + dudz**2 + & |
|---|
| 272 | dvdz**2 + 2.0 * ( dvdx*dudy + dwdx*dudz + dwdy*dvdz ) |
|---|
| 273 | |
|---|
| 274 | IF ( def < 0.0 ) def = 0.0 |
|---|
| 275 | |
|---|
| 276 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + km(k,j,i) * def |
|---|
| 277 | |
|---|
| 278 | ENDIF |
|---|
| 279 | |
|---|
| 280 | ENDDO |
|---|
| 281 | |
|---|
| 282 | ! |
|---|
| 283 | !-- Position ohne angrenzende Gebaeudewand |
|---|
| 284 | !-- 1 - Wird immer ausgefuehrt. 'Nur Boden: u_0,v_0' |
|---|
| 285 | DO j = nys, nyn |
|---|
| 286 | |
|---|
| 287 | IF ( ( wall_e_x(j,i) == 0.0 ) .AND. ( wall_e_y(j,i) == 0.0 ) ) & |
|---|
| 288 | THEN |
|---|
| 289 | |
|---|
| 290 | k = nzb_diff_s_inner(j,i)-1 |
|---|
| 291 | |
|---|
| 292 | dudx = ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * ddx |
|---|
| 293 | dudy = 0.25 * ( u(k,j+1,i) + u(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 294 | u(k,j-1,i) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy |
|---|
| 295 | dudz = 0.5 * ( u(k+1,j,i) + u(k+1,j,i+1) - & |
|---|
| 296 | u_0(j,i) - u_0(j,i+1) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 297 | |
|---|
| 298 | dvdx = 0.25 * ( v(k,j,i+1) + v(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 299 | v(k,j,i-1) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx |
|---|
| 300 | dvdy = ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * ddy |
|---|
| 301 | dvdz = 0.5 * ( v(k+1,j,i) + v(k+1,j+1,i) - & |
|---|
| 302 | v_0(j,i) - v_0(j+1,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 303 | |
|---|
| 304 | dwdx = 0.25 * ( w(k,j,i+1) + w(k-1,j,i+1) - & |
|---|
| 305 | w(k,j,i-1) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx |
|---|
| 306 | dwdy = 0.25 * ( w(k,j+1,i) + w(k-1,j+1,i) - & |
|---|
| 307 | w(k,j-1,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy |
|---|
| 308 | dwdz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k) |
|---|
| 309 | |
|---|
| 310 | def = 2.0 * ( dudx**2 + dvdy**2 + dwdz**2 ) + & |
|---|
| 311 | dudy**2 + dvdx**2 + dwdx**2 + dwdy**2 + dudz**2 + & |
|---|
| 312 | dvdz**2 + 2.0 * ( dvdx*dudy + dwdx*dudz + dwdy*dvdz ) |
|---|
| 313 | |
|---|
| 314 | IF ( def < 0.0 ) def = 0.0 |
|---|
| 315 | |
|---|
| 316 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + km(k,j,i) * def |
|---|
| 317 | |
|---|
| 318 | ENDIF |
|---|
| 319 | |
|---|
| 320 | ENDDO |
|---|
| 321 | |
|---|
| 322 | ENDIF |
|---|
| 323 | |
|---|
| 324 | ! |
|---|
| 325 | !-- Calculate TKE production by buoyancy |
|---|
| 326 | IF ( .NOT. moisture ) THEN |
|---|
| 327 | |
|---|
| 328 | DO j = nys, nyn |
|---|
| 329 | |
|---|
| [19] | 330 | DO k = nzb_diff_s_inner(j,i), nzt_diff |
|---|
| [1] | 331 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - kh(k,j,i) * g / pt(k,j,i) * & |
|---|
| 332 | ( pt(k+1,j,i) - pt(k-1,j,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 333 | ENDDO |
|---|
| [19] | 334 | |
|---|
| [1] | 335 | IF ( use_surface_fluxes ) THEN |
|---|
| 336 | k = nzb_diff_s_inner(j,i)-1 |
|---|
| 337 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + g / pt(k,j,i) * shf(j,i) |
|---|
| 338 | ENDIF |
|---|
| 339 | |
|---|
| [19] | 340 | IF ( use_top_fluxes ) THEN |
|---|
| 341 | k = nzt |
|---|
| 342 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + g / pt(k,j,i) * tswst(j,i) |
|---|
| 343 | ENDIF |
|---|
| 344 | |
|---|
| [1] | 345 | ENDDO |
|---|
| 346 | |
|---|
| 347 | ELSE |
|---|
| 348 | |
|---|
| 349 | DO j = nys, nyn |
|---|
| 350 | |
|---|
| [19] | 351 | DO k = nzb_diff_s_inner(j,i), nzt_diff |
|---|
| [1] | 352 | |
|---|
| 353 | IF ( .NOT. cloud_physics ) THEN |
|---|
| 354 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 355 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 356 | ELSE |
|---|
| 357 | IF ( ql(k,j,i) == 0.0 ) THEN |
|---|
| 358 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 359 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 360 | ELSE |
|---|
| 361 | theta = pt(k,j,i) + pt_d_t(k) * l_d_cp * ql(k,j,i) |
|---|
| 362 | temp = theta * t_d_pt(k) |
|---|
| 363 | k1 = ( 1.0 - q(k,j,i) + 1.61 * & |
|---|
| 364 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) * & |
|---|
| 365 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r / temp ) ) / & |
|---|
| 366 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r * l_d_cp * & |
|---|
| 367 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) / ( temp * temp ) ) |
|---|
| 368 | k2 = theta * ( l_d_cp / temp * k1 - 1.0 ) |
|---|
| 369 | ENDIF |
|---|
| 370 | ENDIF |
|---|
| 371 | |
|---|
| 372 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - kh(k,j,i) * g / vpt(k,j,i) * & |
|---|
| 373 | ( k1 * ( pt(k+1,j,i)-pt(k-1,j,i) ) + & |
|---|
| 374 | k2 * ( q(k+1,j,i) - q(k-1,j,i) ) & |
|---|
| 375 | ) * dd2zu(k) |
|---|
| 376 | ENDDO |
|---|
| 377 | |
|---|
| 378 | ENDDO |
|---|
| 379 | |
|---|
| 380 | IF ( use_surface_fluxes ) THEN |
|---|
| 381 | |
|---|
| 382 | DO j = nys, nyn |
|---|
| 383 | |
|---|
| [19] | 384 | k = nzb_diff_s_inner(j,i) |
|---|
| [1] | 385 | |
|---|
| 386 | IF ( .NOT. cloud_physics ) THEN |
|---|
| 387 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 388 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 389 | ELSE |
|---|
| 390 | IF ( ql(k,j,i) == 0.0 ) THEN |
|---|
| 391 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 392 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 393 | ELSE |
|---|
| 394 | theta = pt(k,j,i) + pt_d_t(k) * l_d_cp * ql(k,j,i) |
|---|
| 395 | temp = theta * t_d_pt(k) |
|---|
| 396 | k1 = ( 1.0 - q(k,j,i) + 1.61 * & |
|---|
| 397 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) * & |
|---|
| 398 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r / temp ) ) / & |
|---|
| 399 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r * l_d_cp * & |
|---|
| 400 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) / ( temp * temp ) ) |
|---|
| 401 | k2 = theta * ( l_d_cp / temp * k1 - 1.0 ) |
|---|
| 402 | ENDIF |
|---|
| 403 | ENDIF |
|---|
| 404 | |
|---|
| 405 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + g / vpt(k,j,i) * & |
|---|
| 406 | ( k1* shf(j,i) + k2 * qsws(j,i) ) |
|---|
| 407 | ENDDO |
|---|
| 408 | |
|---|
| 409 | ENDIF |
|---|
| 410 | |
|---|
| [19] | 411 | IF ( use_top_fluxes ) THEN |
|---|
| 412 | |
|---|
| 413 | DO j = nys, nyn |
|---|
| 414 | |
|---|
| 415 | k = nzt |
|---|
| 416 | |
|---|
| 417 | IF ( .NOT. cloud_physics ) THEN |
|---|
| 418 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 419 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 420 | ELSE |
|---|
| 421 | IF ( ql(k,j,i) == 0.0 ) THEN |
|---|
| 422 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 423 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 424 | ELSE |
|---|
| 425 | theta = pt(k,j,i) + pt_d_t(k) * l_d_cp * ql(k,j,i) |
|---|
| 426 | temp = theta * t_d_pt(k) |
|---|
| 427 | k1 = ( 1.0 - q(k,j,i) + 1.61 * & |
|---|
| 428 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) * & |
|---|
| 429 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r / temp ) ) / & |
|---|
| 430 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r * l_d_cp * & |
|---|
| 431 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) / ( temp * temp ) ) |
|---|
| 432 | k2 = theta * ( l_d_cp / temp * k1 - 1.0 ) |
|---|
| 433 | ENDIF |
|---|
| 434 | ENDIF |
|---|
| 435 | |
|---|
| 436 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + g / vpt(k,j,i) * & |
|---|
| 437 | ( k1* tswst(j,i) + k2 * qswst(j,i) ) |
|---|
| 438 | ENDDO |
|---|
| 439 | |
|---|
| 440 | ENDIF |
|---|
| 441 | |
|---|
| [1] | 442 | ENDIF |
|---|
| 443 | |
|---|
| 444 | ENDDO |
|---|
| 445 | |
|---|
| 446 | END SUBROUTINE production_e |
|---|
| 447 | |
|---|
| 448 | |
|---|
| 449 | !------------------------------------------------------------------------------! |
|---|
| 450 | ! Call for grid point i,j |
|---|
| 451 | !------------------------------------------------------------------------------! |
|---|
| 452 | SUBROUTINE production_e_ij( i, j ) |
|---|
| 453 | |
|---|
| 454 | USE arrays_3d |
|---|
| 455 | USE cloud_parameters |
|---|
| 456 | USE control_parameters |
|---|
| 457 | USE grid_variables |
|---|
| 458 | USE indices |
|---|
| 459 | USE statistics |
|---|
| 460 | |
|---|
| 461 | IMPLICIT NONE |
|---|
| 462 | |
|---|
| 463 | INTEGER :: i, j, k |
|---|
| 464 | |
|---|
| 465 | REAL :: def, dudx, dudy, dudz, dvdx, dvdy, dvdz, dwdx, dwdy, dwdz, & |
|---|
| 466 | k1, k2, theta, temp, usvs, vsus, wsus,wsvs |
|---|
| 467 | |
|---|
| 468 | ! |
|---|
| 469 | !-- Calculate TKE production by shear |
|---|
| [19] | 470 | DO k = nzb_diff_s_outer(j,i), nzt |
|---|
| [1] | 471 | |
|---|
| 472 | dudx = ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * ddx |
|---|
| 473 | dudy = 0.25 * ( u(k,j+1,i) + u(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 474 | u(k,j-1,i) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy |
|---|
| 475 | dudz = 0.5 * ( u(k+1,j,i) + u(k+1,j,i+1) - & |
|---|
| 476 | u(k-1,j,i) - u(k-1,j,i+1) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 477 | |
|---|
| 478 | dvdx = 0.25 * ( v(k,j,i+1) + v(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 479 | v(k,j,i-1) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx |
|---|
| 480 | dvdy = ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * ddy |
|---|
| 481 | dvdz = 0.5 * ( v(k+1,j,i) + v(k+1,j+1,i) - & |
|---|
| 482 | v(k-1,j,i) - v(k-1,j+1,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 483 | |
|---|
| 484 | dwdx = 0.25 * ( w(k,j,i+1) + w(k-1,j,i+1) - & |
|---|
| 485 | w(k,j,i-1) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx |
|---|
| 486 | dwdy = 0.25 * ( w(k,j+1,i) + w(k-1,j+1,i) - & |
|---|
| 487 | w(k,j-1,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy |
|---|
| 488 | dwdz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k) |
|---|
| 489 | |
|---|
| 490 | def = 2.0 * ( dudx**2 + dvdy**2 + dwdz**2 ) & |
|---|
| 491 | + dudy**2 + dvdx**2 + dwdx**2 + dwdy**2 + dudz**2 + dvdz**2 & |
|---|
| 492 | + 2.0 * ( dvdx*dudy + dwdx*dudz + dwdy*dvdz ) |
|---|
| 493 | |
|---|
| 494 | IF ( def < 0.0 ) def = 0.0 |
|---|
| 495 | |
|---|
| 496 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + km(k,j,i) * def |
|---|
| 497 | |
|---|
| 498 | ENDDO |
|---|
| 499 | |
|---|
| 500 | IF ( use_surface_fluxes ) THEN |
|---|
| 501 | |
|---|
| 502 | IF ( ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) .OR. ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) ) THEN |
|---|
| 503 | ! |
|---|
| 504 | !-- Position neben Gebaeudewand |
|---|
| 505 | !-- 2 - Wird immer ausgefuehrt. 'Boden und Wand: |
|---|
| 506 | !-- u_0,v_0 und Wall functions' |
|---|
| 507 | k = nzb_diff_s_inner(j,i)-1 |
|---|
| 508 | |
|---|
| 509 | dudx = ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * ddx |
|---|
| 510 | IF ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 511 | usvs = kappa * 0.5 * ( u(k,j,i) + u(k,j,i+1) ) & |
|---|
| 512 | / LOG( 0.5 * dy / z0(j,i) ) |
|---|
| 513 | usvs = usvs * ABS( usvs ) |
|---|
| 514 | dudy = wall_e_y(j,i) * usvs / km(k,j,i) |
|---|
| 515 | ELSE |
|---|
| 516 | dudy = 0.25 * ( u(k,j+1,i) + u(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 517 | u(k,j-1,i) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy |
|---|
| 518 | ENDIF |
|---|
| 519 | dudz = 0.5 * ( u(k+1,j,i) + u(k+1,j,i+1) - & |
|---|
| 520 | u_0(j,i) - u_0(j,i+1) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 521 | |
|---|
| 522 | IF ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 523 | vsus = kappa * 0.5 * ( v(k,j,i) + v(k,j+1,i) ) & |
|---|
| 524 | / LOG( 0.5 * dx / z0(j,i)) |
|---|
| 525 | vsus = vsus * ABS( vsus ) |
|---|
| 526 | dvdx = wall_e_x(j,i) * vsus / km(k,j,i) |
|---|
| 527 | ELSE |
|---|
| 528 | dvdx = 0.25 * ( v(k,j,i+1) + v(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 529 | v(k,j,i-1) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx |
|---|
| 530 | ENDIF |
|---|
| 531 | dvdy = ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * ddy |
|---|
| 532 | dvdz = 0.5 * ( v(k+1,j,i) + v(k+1,j+1,i) - & |
|---|
| 533 | v_0(j,i) - v_0(j+1,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 534 | |
|---|
| 535 | IF ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 536 | wsus = kappa * 0.5 * ( w(k,j,i) + w(k-1,j,i) ) & |
|---|
| 537 | / LOG( 0.5 * dx / z0(j,i)) |
|---|
| 538 | wsus = wsus * ABS( wsus ) |
|---|
| 539 | dwdx = wall_e_x(j,i) * wsus / km(k,j,i) |
|---|
| 540 | ELSE |
|---|
| 541 | dwdx = 0.25 * ( w(k,j,i+1) + w(k-1,j,i+1) - & |
|---|
| 542 | w(k,j,i-1) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx |
|---|
| 543 | ENDIF |
|---|
| 544 | IF ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 545 | wsvs = kappa * ( w(k,j,i) + w(k-1,j,i) ) & |
|---|
| 546 | / LOG( 0.5 * dy / z0(j,i)) |
|---|
| 547 | wsvs = wsvs * ABS( wsvs ) |
|---|
| 548 | dwdy = wall_e_y(j,i) * wsvs / km(k,j,i) |
|---|
| 549 | ELSE |
|---|
| 550 | dwdy = 0.25 * ( w(k,j+1,i) + w(k-1,j+1,i) - & |
|---|
| 551 | w(k,j-1,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy |
|---|
| 552 | ENDIF |
|---|
| 553 | dwdz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k) |
|---|
| 554 | |
|---|
| 555 | def = 2.0 * ( dudx**2 + dvdy**2 + dwdz**2 ) + & |
|---|
| 556 | dudy**2 + dvdx**2 + dwdx**2 + dwdy**2 + dudz**2 + & |
|---|
| 557 | dvdz**2 + 2.0 * ( dvdx*dudy + dwdx*dudz + dwdy*dvdz ) |
|---|
| 558 | |
|---|
| 559 | IF ( def < 0.0 ) def = 0.0 |
|---|
| 560 | |
|---|
| 561 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + km(k,j,i) * def |
|---|
| 562 | |
|---|
| 563 | ! |
|---|
| 564 | !-- 3 - Wird nur ausgefuehrt, wenn mindestens ein Niveau |
|---|
| 565 | !-- zwischen 2 und 4 liegt, d.h. ab einer Gebaeudemindest- |
|---|
| 566 | !-- hoehe von 2 dz. 'Nur Wand: Wall functions' |
|---|
| 567 | DO k = nzb_diff_s_inner(j,i), nzb_diff_s_outer(j,i)-2 |
|---|
| 568 | |
|---|
| 569 | dudx = ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * ddx |
|---|
| 570 | IF ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 571 | usvs = kappa * 0.5 * ( u(k,j,i) + u(k,j,i+1) ) & |
|---|
| 572 | / LOG( 0.5 * dy / z0(j,i) ) |
|---|
| 573 | usvs = usvs * ABS( usvs ) |
|---|
| 574 | dudy = wall_e_y(j,i) * usvs / km(k,j,i) |
|---|
| 575 | ELSE |
|---|
| 576 | dudy = 0.25 * ( u(k,j+1,i) + u(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 577 | u(k,j-1,i) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy |
|---|
| 578 | ENDIF |
|---|
| 579 | dudz = 0.5 * ( u(k+1,j,i) + u(k+1,j,i+1) - & |
|---|
| 580 | u(k-1,j,i) - u(k-1,j,i+1) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 581 | |
|---|
| 582 | IF ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 583 | vsus = kappa * 0.5 * ( v(k,j,i) + v(k,j+1,i) ) & |
|---|
| 584 | / LOG( 0.5 * dx / z0(j,i)) |
|---|
| 585 | vsus = vsus * ABS( vsus ) |
|---|
| 586 | dvdx = wall_e_x(j,i) * vsus / km(k,j,i) |
|---|
| 587 | ELSE |
|---|
| 588 | dvdx = 0.25 * ( v(k,j,i+1) + v(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 589 | v(k,j,i-1) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx |
|---|
| 590 | ENDIF |
|---|
| 591 | dvdy = ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * ddy |
|---|
| 592 | dvdz = 0.5 * ( v(k+1,j,i) + v(k+1,j+1,i) - & |
|---|
| 593 | v(k-1,j,i) - v(k-1,j+1,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 594 | |
|---|
| 595 | IF ( wall_e_x(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 596 | wsus = kappa * 0.5 * ( w(k,j,i) + w(k-1,j,i) ) & |
|---|
| 597 | / LOG( 0.5 * dx / z0(j,i)) |
|---|
| 598 | wsus = wsus * ABS( wsus ) |
|---|
| 599 | dwdx = wall_e_x(j,i) * wsus / km(k,j,i) |
|---|
| 600 | ELSE |
|---|
| 601 | dwdx = 0.25 * ( w(k,j,i+1) + w(k-1,j,i+1) - & |
|---|
| 602 | w(k,j,i-1) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx |
|---|
| 603 | ENDIF |
|---|
| 604 | IF ( wall_e_y(j,i) /= 0.0 ) THEN |
|---|
| 605 | wsvs = kappa * ( w(k,j,i) + w(k-1,j,i) ) & |
|---|
| 606 | / LOG( 0.5 * dy / z0(j,i)) |
|---|
| 607 | wsvs = wsvs * ABS( wsvs ) |
|---|
| 608 | dwdy = wall_e_y(j,i) * wsvs / km(k,j,i) |
|---|
| 609 | ELSE |
|---|
| 610 | dwdy = 0.25 * ( w(k,j+1,i) + w(k-1,j+1,i) - & |
|---|
| 611 | w(k,j-1,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy |
|---|
| 612 | ENDIF |
|---|
| 613 | dwdz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k) |
|---|
| 614 | |
|---|
| 615 | def = 2.0 * ( dudx**2 + dvdy**2 + dwdz**2 ) + & |
|---|
| 616 | dudy**2 + dvdx**2 + dwdx**2 + dwdy**2 + dudz**2 + & |
|---|
| 617 | dvdz**2 + 2.0 * ( dvdx*dudy + dwdx*dudz + dwdy*dvdz ) |
|---|
| 618 | |
|---|
| 619 | IF ( def < 0.0 ) def = 0.0 |
|---|
| 620 | |
|---|
| 621 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + km(k,j,i) * def |
|---|
| 622 | |
|---|
| 623 | ENDDO |
|---|
| 624 | |
|---|
| 625 | ! |
|---|
| 626 | !-- 4 - Wird immer ausgefuehrt. |
|---|
| 627 | !-- 'Sonderfall: Freie Atmosphaere' (wie bei 0) |
|---|
| 628 | k = nzb_diff_s_outer(j,i)-1 |
|---|
| 629 | |
|---|
| 630 | dudx = ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * ddx |
|---|
| 631 | dudy = 0.25 * ( u(k,j+1,i) + u(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 632 | u(k,j-1,i) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy |
|---|
| 633 | dudz = 0.5 * ( u(k+1,j,i) + u(k+1,j,i+1) - & |
|---|
| 634 | u(k-1,j,i) - u(k-1,j,i+1) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 635 | |
|---|
| 636 | dvdx = 0.25 * ( v(k,j,i+1) + v(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 637 | v(k,j,i-1) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx |
|---|
| 638 | dvdy = ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * ddy |
|---|
| 639 | dvdz = 0.5 * ( v(k+1,j,i) + v(k+1,j+1,i) - & |
|---|
| 640 | v(k-1,j,i) - v(k-1,j+1,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 641 | |
|---|
| 642 | dwdx = 0.25 * ( w(k,j,i+1) + w(k-1,j,i+1) - & |
|---|
| 643 | w(k,j,i-1) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx |
|---|
| 644 | dwdy = 0.25 * ( w(k,j+1,i) + w(k-1,j+1,i) - & |
|---|
| 645 | w(k,j-1,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy |
|---|
| 646 | dwdz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k) |
|---|
| 647 | |
|---|
| 648 | def = 2.0 * ( dudx**2 + dvdy**2 + dwdz**2 ) + & |
|---|
| 649 | dudy**2 + dvdx**2 + dwdx**2 + dwdy**2 + dudz**2 + & |
|---|
| 650 | dvdz**2 + 2.0 * ( dvdx*dudy + dwdx*dudz + dwdy*dvdz ) |
|---|
| 651 | |
|---|
| 652 | IF ( def < 0.0 ) def = 0.0 |
|---|
| 653 | |
|---|
| 654 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + km(k,j,i) * def |
|---|
| 655 | |
|---|
| 656 | ELSE |
|---|
| 657 | |
|---|
| 658 | ! |
|---|
| 659 | !-- Position ohne angrenzende Gebaeudewand |
|---|
| 660 | !-- 1 - Wird immer ausgefuehrt. 'Nur Boden: u_0,v_0' |
|---|
| 661 | k = nzb_diff_s_inner(j,i)-1 |
|---|
| 662 | |
|---|
| 663 | dudx = ( u(k,j,i+1) - u(k,j,i) ) * ddx |
|---|
| 664 | dudy = 0.25 * ( u(k,j+1,i) + u(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 665 | u(k,j-1,i) - u(k,j-1,i+1) ) * ddy |
|---|
| 666 | dudz = 0.5 * ( u(k+1,j,i) + u(k+1,j,i+1) - & |
|---|
| 667 | u_0(j,i) - u_0(j,i+1) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 668 | |
|---|
| 669 | dvdx = 0.25 * ( v(k,j,i+1) + v(k,j+1,i+1) - & |
|---|
| 670 | v(k,j,i-1) - v(k,j+1,i-1) ) * ddx |
|---|
| 671 | dvdy = ( v(k,j+1,i) - v(k,j,i) ) * ddy |
|---|
| 672 | dvdz = 0.5 * ( v(k+1,j,i) + v(k+1,j+1,i) - & |
|---|
| 673 | v_0(j,i) - v_0(j+1,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 674 | |
|---|
| 675 | dwdx = 0.25 * ( w(k,j,i+1) + w(k-1,j,i+1) - & |
|---|
| 676 | w(k,j,i-1) - w(k-1,j,i-1) ) * ddx |
|---|
| 677 | dwdy = 0.25 * ( w(k,j+1,i) + w(k-1,j+1,i) - & |
|---|
| 678 | w(k,j-1,i) - w(k-1,j-1,i) ) * ddy |
|---|
| 679 | dwdz = ( w(k,j,i) - w(k-1,j,i) ) * ddzw(k) |
|---|
| 680 | |
|---|
| 681 | def = 2.0 * ( dudx**2 + dvdy**2 + dwdz**2 ) & |
|---|
| 682 | + dudy**2 + dvdx**2 + dwdx**2 + dwdy**2 + dudz**2 + dvdz**2 & |
|---|
| 683 | + 2.0 * ( dvdx*dudy + dwdx*dudz + dwdy*dvdz ) |
|---|
| 684 | |
|---|
| 685 | IF ( def < 0.0 ) def = 0.0 |
|---|
| 686 | |
|---|
| 687 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + km(k,j,i) * def |
|---|
| 688 | |
|---|
| 689 | ENDIF |
|---|
| 690 | |
|---|
| 691 | ENDIF |
|---|
| 692 | |
|---|
| 693 | ! |
|---|
| 694 | !-- Calculate TKE production by buoyancy |
|---|
| 695 | IF ( .NOT. moisture ) THEN |
|---|
| 696 | |
|---|
| [19] | 697 | DO k = nzb_diff_s_inner(j,i), nzt_diff |
|---|
| [1] | 698 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - kh(k,j,i) * g / pt(k,j,i) * & |
|---|
| 699 | ( pt(k+1,j,i) - pt(k-1,j,i) ) * dd2zu(k) |
|---|
| 700 | ENDDO |
|---|
| [19] | 701 | |
|---|
| [1] | 702 | IF ( use_surface_fluxes ) THEN |
|---|
| 703 | k = nzb_diff_s_inner(j,i)-1 |
|---|
| 704 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + g / pt(k,j,i) * shf(j,i) |
|---|
| 705 | ENDIF |
|---|
| 706 | |
|---|
| [19] | 707 | IF ( use_top_fluxes ) THEN |
|---|
| 708 | k = nzt |
|---|
| 709 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + g / pt(k,j,i) * tswst(j,i) |
|---|
| 710 | ENDIF |
|---|
| 711 | |
|---|
| [1] | 712 | ELSE |
|---|
| 713 | |
|---|
| [19] | 714 | DO k = nzb_diff_s_inner(j,i), nzt_diff |
|---|
| [1] | 715 | |
|---|
| 716 | IF ( .NOT. cloud_physics ) THEN |
|---|
| 717 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 718 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 719 | ELSE |
|---|
| 720 | IF ( ql(k,j,i) == 0.0 ) THEN |
|---|
| 721 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 722 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 723 | ELSE |
|---|
| 724 | theta = pt(k,j,i) + pt_d_t(k) * l_d_cp * ql(k,j,i) |
|---|
| 725 | temp = theta * t_d_pt(k) |
|---|
| 726 | k1 = ( 1.0 - q(k,j,i) + 1.61 * & |
|---|
| 727 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) * & |
|---|
| 728 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r / temp ) ) / & |
|---|
| 729 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r * l_d_cp * & |
|---|
| 730 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) / ( temp * temp ) ) |
|---|
| 731 | k2 = theta * ( l_d_cp / temp * k1 - 1.0 ) |
|---|
| 732 | ENDIF |
|---|
| 733 | ENDIF |
|---|
| 734 | |
|---|
| 735 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - kh(k,j,i) * g / vpt(k,j,i) * & |
|---|
| 736 | ( k1 * ( pt(k+1,j,i)-pt(k-1,j,i) ) + & |
|---|
| 737 | k2 * ( q(k+1,j,i) - q(k-1,j,i) ) & |
|---|
| 738 | ) * dd2zu(k) |
|---|
| 739 | ENDDO |
|---|
| [19] | 740 | |
|---|
| [1] | 741 | IF ( use_surface_fluxes ) THEN |
|---|
| 742 | k = nzb_diff_s_inner(j,i)-1 |
|---|
| 743 | |
|---|
| 744 | IF ( .NOT. cloud_physics ) THEN |
|---|
| 745 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 746 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 747 | ELSE |
|---|
| 748 | IF ( ql(k,j,i) == 0.0 ) THEN |
|---|
| 749 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 750 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 751 | ELSE |
|---|
| 752 | theta = pt(k,j,i) + pt_d_t(k) * l_d_cp * ql(k,j,i) |
|---|
| 753 | temp = theta * t_d_pt(k) |
|---|
| 754 | k1 = ( 1.0 - q(k,j,i) + 1.61 * & |
|---|
| 755 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) * & |
|---|
| 756 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r / temp ) ) / & |
|---|
| 757 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r * l_d_cp * & |
|---|
| 758 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) / ( temp * temp ) ) |
|---|
| 759 | k2 = theta * ( l_d_cp / temp * k1 - 1.0 ) |
|---|
| 760 | ENDIF |
|---|
| 761 | ENDIF |
|---|
| 762 | |
|---|
| 763 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + g / vpt(k,j,i) * & |
|---|
| 764 | ( k1* shf(j,i) + k2 * qsws(j,i) ) |
|---|
| 765 | ENDIF |
|---|
| 766 | |
|---|
| [19] | 767 | IF ( use_top_fluxes ) THEN |
|---|
| 768 | k = nzt |
|---|
| 769 | |
|---|
| 770 | IF ( .NOT. cloud_physics ) THEN |
|---|
| 771 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 772 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 773 | ELSE |
|---|
| 774 | IF ( ql(k,j,i) == 0.0 ) THEN |
|---|
| 775 | k1 = 1.0 + 0.61 * q(k,j,i) |
|---|
| 776 | k2 = 0.61 * pt(k,j,i) |
|---|
| 777 | ELSE |
|---|
| 778 | theta = pt(k,j,i) + pt_d_t(k) * l_d_cp * ql(k,j,i) |
|---|
| 779 | temp = theta * t_d_pt(k) |
|---|
| 780 | k1 = ( 1.0 - q(k,j,i) + 1.61 * & |
|---|
| 781 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) * & |
|---|
| 782 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r / temp ) ) / & |
|---|
| 783 | ( 1.0 + 0.622 * l_d_r * l_d_cp * & |
|---|
| 784 | ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) ) / ( temp * temp ) ) |
|---|
| 785 | k2 = theta * ( l_d_cp / temp * k1 - 1.0 ) |
|---|
| 786 | ENDIF |
|---|
| 787 | ENDIF |
|---|
| 788 | |
|---|
| 789 | tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + g / vpt(k,j,i) * & |
|---|
| 790 | ( k1* tswst(j,i) + k2 * qswst(j,i) ) |
|---|
| 791 | ENDIF |
|---|
| 792 | |
|---|
| [1] | 793 | ENDIF |
|---|
| 794 | |
|---|
| 795 | END SUBROUTINE production_e_ij |
|---|
| 796 | |
|---|
| 797 | |
|---|
| 798 | SUBROUTINE production_e_init |
|---|
| 799 | |
|---|
| 800 | USE arrays_3d |
|---|
| 801 | USE control_parameters |
|---|
| 802 | USE grid_variables |
|---|
| 803 | USE indices |
|---|
| 804 | |
|---|
| 805 | IMPLICIT NONE |
|---|
| 806 | |
|---|
| 807 | INTEGER :: i, j, ku, kv |
|---|
| 808 | |
|---|
| 809 | IF ( use_surface_fluxes ) THEN |
|---|
| 810 | |
|---|
| 811 | IF ( first_call ) THEN |
|---|
| 812 | ALLOCATE( u_0(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), & |
|---|
| 813 | v_0(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ) |
|---|
| 814 | first_call = .FALSE. |
|---|
| 815 | ENDIF |
|---|
| 816 | |
|---|
| 817 | ! |
|---|
| 818 | !-- Calculate a virtual velocity at the surface in a way that the |
|---|
| 819 | !-- vertical velocity gradient at k = 1 (u(k+1)-u_0) matches the |
|---|
| 820 | !-- Prandtl law (-w'u'/km). This gradient is used in the TKE shear |
|---|
| 821 | !-- production term at k=1 (see production_e_ij). |
|---|
| 822 | !-- The velocity gradient has to be limited in case of too small km |
|---|
| 823 | !-- (otherwise the timestep may be significantly reduced by large |
|---|
| 824 | !-- surface winds). |
|---|
| 825 | !-- WARNING: the exact analytical solution would require the determination |
|---|
| 826 | !-- of the eddy diffusivity by km = u* * kappa * zp / phi_m. |
|---|
| 827 | !$OMP PARALLEL DO PRIVATE( ku, kv ) |
|---|
| 828 | DO i = nxl, nxr |
|---|
| 829 | DO j = nys, nyn |
|---|
| 830 | |
|---|
| 831 | ku = nzb_u_inner(j,i)+1 |
|---|
| 832 | kv = nzb_v_inner(j,i)+1 |
|---|
| 833 | |
|---|
| 834 | u_0(j,i) = u(ku+1,j,i) + usws(j,i) * ( zu(ku+1) - zu(ku-1) ) / & |
|---|
| 835 | ( 0.5 * ( km(ku,j,i) + km(ku,j,i-1) ) + & |
|---|
| 836 | 1.0E-20 ) |
|---|
| 837 | ! ( us(j,i) * kappa * zu(1) ) |
|---|
| 838 | v_0(j,i) = v(kv+1,j,i) + vsws(j,i) * ( zu(kv+1) - zu(kv-1) ) / & |
|---|
| 839 | ( 0.5 * ( km(kv,j,i) + km(kv,j-1,i) ) + & |
|---|
| 840 | 1.0E-20 ) |
|---|
| 841 | ! ( us(j,i) * kappa * zu(1) ) |
|---|
| 842 | |
|---|
| 843 | IF ( ABS( u(ku+1,j,i) - u_0(j,i) ) > & |
|---|
| 844 | ABS( u(ku+1,j,i) - u(ku-1,j,i) ) ) u_0(j,i) = u(ku-1,j,i) |
|---|
| 845 | IF ( ABS( v(kv+1,j,i) - v_0(j,i) ) > & |
|---|
| 846 | ABS( v(kv+1,j,i) - v(kv-1,j,i) ) ) v_0(j,i) = v(kv-1,j,i) |
|---|
| 847 | |
|---|
| 848 | ENDDO |
|---|
| 849 | ENDDO |
|---|
| 850 | |
|---|
| 851 | CALL exchange_horiz_2d( u_0 ) |
|---|
| 852 | CALL exchange_horiz_2d( v_0 ) |
|---|
| 853 | |
|---|
| 854 | ENDIF |
|---|
| 855 | |
|---|
| 856 | END SUBROUTINE production_e_init |
|---|
| 857 | |
|---|
| 858 | END MODULE production_e_mod |
|---|
