source: palm/trunk/SOURCE/prognostic_equations.f90 @ 1233

Last change on this file since 1233 was 1182, checked in by raasch, 11 years ago

last commit documented, rc-file for example run updated

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 65.0 KB
RevLine 
[736]1 MODULE prognostic_equations_mod
2
[1036]3!--------------------------------------------------------------------------------!
4! This file is part of PALM.
5!
6! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
7! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
8! either version 3 of the License, or (at your option) any later 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 1997-2012  Leibniz University Hannover
18!--------------------------------------------------------------------------------!
19!
[736]20! Current revisions:
[1092]21! ------------------
[1054]22!
[1182]23!
[1054]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: prognostic_equations.f90 1182 2013-06-14 09:07:24Z kanani $
27!
[1182]28! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
29! two arguments removed from routine buoyancy, ref_state updated on device
30!
[1132]31! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
32! those parts requiring global communication moved to time_integration,
33! loop index bounds in accelerator version replaced by i_left, i_right, j_south,
34! j_north
35!
[1116]36! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
37! optimized cloud physics: calculation of microphysical tendencies transfered
38! to microphysics.f90; qr and nr are only calculated if precipitation is required
39!
[1112]40! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
41! update directives for prognostic quantities removed
42!
[1107]43! 1106 2013-03-04 05:31:38Z raasch
44! small changes in code formatting
45!
[1093]46! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
47! unused variables removed
48!
[1054]49! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]50! implementation of two new prognostic equations for rain drop concentration (nr)
51! and rain water content (qr)
[979]52!
[1053]53! currently, only available for cache loop optimization
[1020]54!
[1037]55! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
56! code put under GPL (PALM 3.9)
57!
[1020]58! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
59! non-optimized version of prognostic_equations removed
60!
[1017]61! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
62! new branch prognostic_equations_acc
63! OpenACC statements added + code changes required for GPU optimization
64!
[1002]65! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
66! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
67!
[979]68! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]69! km_damp_x and km_damp_y removed in calls of diffusion_u and diffusion_v
70! add ptdf_x, ptdf_y for damping the potential temperature at the inflow
71! boundary in case of non-cyclic lateral boundaries
72! Bugfix: first thread index changes for WS-scheme at the inflow
[736]73!
[941]74! 940 2012-07-09 14:31:00Z raasch
75! temperature equation can be switched off
76!
[786]77! 785 2011-11-28 09:47:19Z raasch
78! new factor rdf_sc allows separate Rayleigh damping of scalars
79!
[737]80! 736 2011-08-17 14:13:26Z suehring
81! Bugfix: determination of first thread index i for WS-scheme
82!
[736]83! 709 2011-03-30 09:31:40Z raasch
84! formatting adjustments
85!
86! 673 2011-01-18 16:19:48Z suehring
87! Consideration of the pressure gradient (steered by tsc(4)) during the time
88! integration removed.
89!
90! 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring/gryschka
91! Calls of the advection routines with WS5 added.
92! Calls of ws_statistics added to set the statistical arrays to zero after each
93! time step.
94!
95! 531 2010-04-21 06:47:21Z heinze
96! add call of subsidence in the equation for humidity / passive scalar
97!
98! 411 2009-12-11 14:15:58Z heinze
99! add call of subsidence in the equation for potential temperature
100!
101! 388 2009-09-23 09:40:33Z raasch
102! prho is used instead of rho in diffusion_e,
103! external pressure gradient
104!
105! 153 2008-03-19 09:41:30Z steinfeld
106! add call of plant_canopy_model in the prognostic equation for
107! the potential temperature and for the passive scalar
108!
109! 138 2007-11-28 10:03:58Z letzel
110! add call of subroutines that evaluate the canopy drag terms,
111! add wall_*flux to parameter list of calls of diffusion_s
112!
113! 106 2007-08-16 14:30:26Z raasch
114! +uswst, vswst as arguments in calls of diffusion_u|v,
115! loops for u and v are starting from index nxlu, nysv, respectively (needed
116! for non-cyclic boundary conditions)
117!
118! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
119! prognostic equation for salinity, density is calculated from equation of
120! state for seawater and is used for calculation of buoyancy,
121! +eqn_state_seawater_mod
122! diffusion_e is called with argument rho in case of ocean runs,
123! new argument zw in calls of diffusion_e, new argument pt_/prho_reference
124! in calls of buoyancy and diffusion_e, calc_mean_pt_profile renamed
125! calc_mean_profile
126!
127! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
128! checking for negative q and limiting for positive values,
129! z0 removed from arguments in calls of diffusion_u/v/w, uxrp, vynp eliminated,
130! subroutine names changed to .._noopt, .._cache, and .._vector,
131! moisture renamed humidity, Bott-Chlond-scheme can be used in the
132! _vector-version
133!
134! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
135! Calculation of e, q, and pt extended for gridpoint nzt,
136! handling of given temperature/humidity/scalar fluxes at top surface
137!
138! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
139!
140! Revision 1.21  2006/08/04 15:01:07  raasch
141! upstream scheme can be forced to be used for tke (use_upstream_for_tke)
142! regardless of the timestep scheme used for the other quantities,
143! new argument diss in call of diffusion_e
144!
145! Revision 1.1  2000/04/13 14:56:27  schroeter
146! Initial revision
147!
148!
149! Description:
150! ------------
151! Solving the prognostic equations.
152!------------------------------------------------------------------------------!
153
154    USE arrays_3d
155    USE control_parameters
156    USE cpulog
157    USE eqn_state_seawater_mod
158    USE grid_variables
159    USE indices
160    USE interfaces
161    USE pegrid
162    USE pointer_interfaces
163    USE statistics
164    USE advec_ws
165    USE advec_s_pw_mod
166    USE advec_s_up_mod
167    USE advec_u_pw_mod
168    USE advec_u_up_mod
169    USE advec_v_pw_mod
170    USE advec_v_up_mod
171    USE advec_w_pw_mod
172    USE advec_w_up_mod
173    USE buoyancy_mod
174    USE calc_precipitation_mod
175    USE calc_radiation_mod
176    USE coriolis_mod
177    USE diffusion_e_mod
178    USE diffusion_s_mod
179    USE diffusion_u_mod
180    USE diffusion_v_mod
181    USE diffusion_w_mod
182    USE impact_of_latent_heat_mod
[1053]183    USE microphysics_mod
[736]184    USE plant_canopy_model_mod
185    USE production_e_mod
186    USE subsidence_mod
187    USE user_actions_mod
188
189
190    PRIVATE
[1019]191    PUBLIC prognostic_equations_cache, prognostic_equations_vector, &
192           prognostic_equations_acc
[736]193
194    INTERFACE prognostic_equations_cache
195       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_cache
196    END INTERFACE prognostic_equations_cache
197
198    INTERFACE prognostic_equations_vector
199       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_vector
200    END INTERFACE prognostic_equations_vector
201
[1015]202    INTERFACE prognostic_equations_acc
203       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_acc
204    END INTERFACE prognostic_equations_acc
[736]205
[1015]206
[736]207 CONTAINS
208
209
210 SUBROUTINE prognostic_equations_cache
211
212!------------------------------------------------------------------------------!
213! Version with one optimized loop over all equations. It is only allowed to
214! be called for the Wicker and Skamarock or Piascek-Williams advection scheme.
215!
216! Here the calls of most subroutines are embedded in two DO loops over i and j,
217! so communication between CPUs is not allowed (does not make sense) within
218! these loops.
219!
220! (Optimized to avoid cache missings, i.e. for Power4/5-architectures.)
221!------------------------------------------------------------------------------!
222
223    IMPLICIT NONE
224
225    INTEGER ::  i, i_omp_start, j, k, omp_get_thread_num, tn = 0
226    LOGICAL ::  loop_start
227
228
229!
230!-- Time measurement can only be performed for the whole set of equations
231    CALL cpu_log( log_point(32), 'all progn.equations', 'start' )
232
233!
234!-- Loop over all prognostic equations
235!$OMP PARALLEL private (i,i_omp_start,j,k,loop_start,tn)
236
237!$  tn = omp_get_thread_num()
238    loop_start = .TRUE.
239!$OMP DO
240    DO  i = nxl, nxr
241
242!
243!--    Store the first loop index. It differs for each thread and is required
244!--    later in advec_ws
245       IF ( loop_start )  THEN
246          loop_start  = .FALSE.
247          i_omp_start = i 
248       ENDIF
249 
250       DO  j = nys, nyn
251!
252!--       Tendency terms for u-velocity component
253          IF ( .NOT. outflow_l  .OR.  i > nxl )  THEN
254
255             tend(:,j,i) = 0.0
[1001]256             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]257                IF ( ws_scheme_mom )  THEN
[978]258                   IF ( ( inflow_l .OR. outflow_l ) .AND. i_omp_start == nxl )  THEN
[736]259                      CALL advec_u_ws( i, j, i_omp_start + 1, tn )
260                   ELSE
261                      CALL advec_u_ws( i, j, i_omp_start, tn )
262                   ENDIF
263                ELSE
264                   CALL advec_u_pw( i, j )
265                ENDIF
266             ELSE
267                CALL advec_u_up( i, j )
268             ENDIF
[1001]269             CALL diffusion_u( i, j )
[736]270             CALL coriolis( i, j, 1 )
[940]271             IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]272                CALL buoyancy( i, j, pt, 1 )
[940]273             ENDIF
[736]274
275!
276!--          Drag by plant canopy
277             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 1 )
278
279!
280!--          External pressure gradient
281             IF ( dp_external )  THEN
282                DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
283                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
284                ENDDO
285             ENDIF
286
287             CALL user_actions( i, j, 'u-tendency' )
288!
289!--          Prognostic equation for u-velocity component
290             DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1001]291                u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
292                                                  tsc(3) * tu_m(k,j,i) )       &
293                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - ug(k) )
[736]294             ENDDO
295
296!
297!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
298             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
299                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
300                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
301                      tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
302                   ENDDO
303                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
304                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
305                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
306                      tu_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tu_m(k,j,i)
307                   ENDDO
308                ENDIF
309             ENDIF
310
311          ENDIF
312
313!
314!--       Tendency terms for v-velocity component
315          IF ( .NOT. outflow_s  .OR.  j > nys )  THEN
316
317             tend(:,j,i) = 0.0
[1001]318             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]319                IF ( ws_scheme_mom )  THEN
320                    CALL advec_v_ws( i, j, i_omp_start, tn )
321                ELSE
322                    CALL advec_v_pw( i, j )
323                ENDIF
324             ELSE
325                CALL advec_v_up( i, j )
326             ENDIF
[1001]327             CALL diffusion_v( i, j )
[736]328             CALL coriolis( i, j, 2 )
329
330!
331!--          Drag by plant canopy
332             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 2 )       
333
334!
335!--          External pressure gradient
336             IF ( dp_external )  THEN
337                DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
338                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
339                ENDDO
340             ENDIF
341
342             CALL user_actions( i, j, 'v-tendency' )
343!
344!--          Prognostic equation for v-velocity component
345             DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1001]346                v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
347                                                  tsc(3) * tv_m(k,j,i) )       &
348                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - vg(k) )
[736]349             ENDDO
350
351!
352!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
353             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
354                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
355                   DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
356                      tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
357                   ENDDO
358                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
359                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
360                   DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
361                      tv_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tv_m(k,j,i)
362                   ENDDO
363                ENDIF
364             ENDIF
365
366          ENDIF
367
368!
369!--       Tendency terms for w-velocity component
370          tend(:,j,i) = 0.0
[1001]371          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]372             IF ( ws_scheme_mom )  THEN
373                CALL advec_w_ws( i, j, i_omp_start, tn )
374             ELSE
375                CALL advec_w_pw( i, j )
376             END IF
377          ELSE
378             CALL advec_w_up( i, j )
379          ENDIF
[1001]380          CALL diffusion_w( i, j )
[736]381          CALL coriolis( i, j, 3 )
[940]382
383          IF ( .NOT. neutral )  THEN
384             IF ( ocean )  THEN
[1179]385                CALL buoyancy( i, j, rho, 3 )
[736]386             ELSE
[940]387                IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]388                   CALL buoyancy( i, j, pt, 3 )
[940]389                ELSE
[1179]390                   CALL buoyancy( i, j, vpt, 3 )
[940]391                ENDIF
[736]392             ENDIF
393          ENDIF
394
395!
396!--       Drag by plant canopy
397          IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 3 )
398
399          CALL user_actions( i, j, 'w-tendency' )
400
401!
402!--       Prognostic equation for w-velocity component
403          DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1001]404             w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
405                                               tsc(3) * tw_m(k,j,i) )          &
406                                   - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
[736]407          ENDDO
408
409!
410!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
411          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
412             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
413                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
414                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
415                ENDDO
416             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
417                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
418                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
419                   tw_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tw_m(k,j,i)
420                ENDDO
421             ENDIF
422          ENDIF
423!
[1115]424!--       If required, calculate tendencies for total water content, liquid water
425!--       potential temperature, rain water content and rain drop concentration
426          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0 )  CALL microphysics_control( i, j )
[1053]427!
[940]428!--       If required, compute prognostic equation for potential temperature
429          IF ( .NOT. neutral )  THEN
430!
431!--          Tendency terms for potential temperature
432             tend(:,j,i) = 0.0
[1001]433             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[940]434                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
435                      CALL advec_s_ws( i, j, pt, 'pt', flux_s_pt, diss_s_pt, &
436                                       flux_l_pt, diss_l_pt, i_omp_start, tn )
437                   ELSE
438                      CALL advec_s_pw( i, j, pt )
439                   ENDIF
440             ELSE
441                CALL advec_s_up( i, j, pt )
442             ENDIF
[1001]443             CALL diffusion_s( i, j, pt, shf, tswst, wall_heatflux )
[736]444
445!
[940]446!--          If required compute heating/cooling due to long wave radiation
447!--          processes
448             IF ( radiation )  THEN
449                CALL calc_radiation( i, j )
450             ENDIF
[736]451
[1106]452!
[1053]453!--          Using microphysical tendencies (latent heat)
454             IF ( cloud_physics )  THEN
455                IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
456                   tend(:,j,i) = tend(:,j,i) + tend_pt(:,j,i)
[1106]457                ELSEIF ( icloud_scheme == 1  .AND.  precipitation )  THEN
[1053]458                   CALL impact_of_latent_heat( i, j ) 
459                ENDIF
[940]460             ENDIF
[736]461
462!
[940]463!--          Consideration of heat sources within the plant canopy
[1106]464             IF ( plant_canopy  .AND.  cthf /= 0.0 )  THEN
[940]465                CALL plant_canopy_model( i, j, 4 )
466             ENDIF
[736]467
[940]468!
[1106]469!--          If required, compute effect of large-scale subsidence/ascent
[940]470             IF ( large_scale_subsidence )  THEN
471                CALL subsidence( i, j, tend, pt, pt_init )
472             ENDIF
[736]473
[940]474             CALL user_actions( i, j, 'pt-tendency' )
[736]475
476!
[940]477!--          Prognostic equation for potential temperature
478             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]479                pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +     &
480                                                    tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
481                                        - tsc(5) * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
482                                          ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )
[940]483             ENDDO
[736]484
485!
[940]486!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
487             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
488                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
489                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
490                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
491                   ENDDO
492                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
493                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
494                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
495                      tpt_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + &
496                                      5.3125 * tpt_m(k,j,i)
497                   ENDDO
498                ENDIF
[736]499             ENDIF
[940]500
[736]501          ENDIF
502
503!
504!--       If required, compute prognostic equation for salinity
505          IF ( ocean )  THEN
506
507!
508!--          Tendency-terms for salinity
509             tend(:,j,i) = 0.0
[1001]510             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) &
[736]511             THEN
512                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
513                    CALL advec_s_ws( i, j, sa, 'sa', flux_s_sa,  &
514                                diss_s_sa, flux_l_sa, diss_l_sa, i_omp_start, tn  )
515                ELSE
516                    CALL advec_s_pw( i, j, sa )
517                ENDIF
518             ELSE
519                CALL advec_s_up( i, j, sa )
520             ENDIF
[1001]521             CALL diffusion_s( i, j, sa, saswsb, saswst, wall_salinityflux )
[736]522
523             CALL user_actions( i, j, 'sa-tendency' )
524
525!
526!--          Prognostic equation for salinity
527             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]528                sa_p(k,j,i) = sa(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +     &
529                                                    tsc(3) * tsa_m(k,j,i) )    &
530                                        - tsc(5) * rdf_sc(k) *                 &
531                                          ( sa(k,j,i) - sa_init(k) )
[736]532                IF ( sa_p(k,j,i) < 0.0 )  sa_p(k,j,i) = 0.1 * sa(k,j,i)
533             ENDDO
534
535!
536!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
537             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
538                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
539                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
540                      tsa_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
541                   ENDDO
542                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
543                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
544                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
545                      tsa_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + &
546                                      5.3125 * tsa_m(k,j,i)
547                   ENDDO
548                ENDIF
549             ENDIF
550
551!
552!--          Calculate density by the equation of state for seawater
553             CALL eqn_state_seawater( i, j )
554
555          ENDIF
556
557!
558!--       If required, compute prognostic equation for total water content /
559!--       scalar
560          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
561
562!
563!--          Tendency-terms for total water content / scalar
564             tend(:,j,i) = 0.0
[1001]565             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) &
[736]566             THEN
567                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
568                   CALL advec_s_ws( i, j, q, 'q', flux_s_q, & 
569                                diss_s_q, flux_l_q, diss_l_q, i_omp_start, tn )
570                ELSE
571                   CALL advec_s_pw( i, j, q )
572                ENDIF
573             ELSE
574                CALL advec_s_up( i, j, q )
575             ENDIF
[1001]576             CALL diffusion_s( i, j, q, qsws, qswst, wall_qflux )
[1053]577     
[736]578!
[1053]579!--          Using microphysical tendencies
580             IF ( cloud_physics )  THEN
581                IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
582                   tend(:,j,i) = tend(:,j,i) + tend_q(:,j,i)
[1106]583                ELSEIF ( icloud_scheme == 1  .AND.  precipitation )  THEN
[1053]584                   CALL calc_precipitation( i, j )
585                ENDIF
[736]586             ENDIF
587!
588!--          Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
[1106]589             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 5 )
[736]590
[1053]591!
[736]592!--          If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[940]593             IF ( large_scale_subsidence )  THEN
594                CALL subsidence( i, j, tend, q, q_init )
[736]595             ENDIF
596
597             CALL user_actions( i, j, 'q-tendency' )
598
599!
600!--          Prognostic equation for total water content / scalar
601             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]602                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
603                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
604                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
605                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
[736]606                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0 )  q_p(k,j,i) = 0.1 * q(k,j,i)
607             ENDDO
608
609!
610!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
611             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
612                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
613                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
614                      tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
615                   ENDDO
616                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
617                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
618                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
619                      tq_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + &
620                                     5.3125 * tq_m(k,j,i)
621                   ENDDO
622                ENDIF
623             ENDIF
624
[1053]625!
626!--          If required, calculate prognostic equations for rain water content
627!--          and rain drop concentration
[1115]628             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
629                  precipitation )  THEN
[1053]630!
631!--             Calculate prognostic equation for rain water content
632                tend(:,j,i) = 0.0
633                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) &
634                THEN
635                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
636                      CALL advec_s_ws( i, j, qr, 'qr', flux_s_qr,       & 
637                                       diss_s_qr, flux_l_qr, diss_l_qr, &
638                                       i_omp_start, tn )
639                   ELSE
640                      CALL advec_s_pw( i, j, qr )
641                   ENDIF
642                ELSE
643                   CALL advec_s_up( i, j, qr )
644                ENDIF
645                CALL diffusion_s( i, j, qr, qrsws, qrswst, wall_qrflux )
646!
647!--             Using microphysical tendencies (autoconversion, accretion,
648!--             evaporation; if required: sedimentation)
649                tend(:,j,i) = tend(:,j,i) + tend_qr(:,j,i)
650
[1115]651                CALL user_actions( i, j, 'qr-tendency' )
[1053]652!
653!--             Prognostic equation for rain water content
654                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1115]655                   qr_p(k,j,i) = qr(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +  &
656                                                       tsc(3) * tqr_m(k,j,i) ) &
657                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * qr(k,j,i)
658                   IF ( qr_p(k,j,i) < 0.0 )  qr_p(k,j,i) = 0.0
[1053]659                ENDDO
660!
661!--             Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
662                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
663                   IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
664                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
665                         tqr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
666                      ENDDO
667                   ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
668                            intermediate_timestep_count_max )  THEN
669                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
670                         tqr_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + &
671                                        5.3125 * tqr_m(k,j,i)
672                      ENDDO
673                   ENDIF
674                ENDIF
675
676!
677!--             Calculate prognostic equation for rain drop concentration.
678                tend(:,j,i) = 0.0
679                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
680                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
[1115]681                      CALL advec_s_ws( i, j, nr, 'nr', flux_s_nr,    & 
682                                    diss_s_nr, flux_l_nr, diss_l_nr, &
683                                    i_omp_start, tn )
[1053]684                   ELSE
685                      CALL advec_s_pw( i, j, nr )
686                   ENDIF
687                ELSE
688                   CALL advec_s_up( i, j, nr )
689                ENDIF
690                CALL diffusion_s( i, j, nr, nrsws, nrswst, wall_nrflux )
[1115]691!
[1053]692!--             Using microphysical tendencies (autoconversion, accretion,
693!--             selfcollection, breakup, evaporation;
694!--             if required: sedimentation)
695                tend(:,j,i) = tend(:,j,i) + tend_nr(:,j,i)
696
[1115]697                CALL user_actions( i, j, 'nr-tendency' )
[1053]698!
699!--             Prognostic equation for rain drop concentration
700                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1115]701                   nr_p(k,j,i) = nr(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +  &
702                                                       tsc(3) * tnr_m(k,j,i) ) &
703                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * nr(k,j,i)
704                   IF ( nr_p(k,j,i) < 0.0 )  nr_p(k,j,i) = 0.0
[1053]705                ENDDO
706!
707!--             Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
708                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
709                   IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
710                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
711                         tnr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
712                      ENDDO
713                   ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
714                            intermediate_timestep_count_max )  THEN
715                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
716                         tnr_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + &
717                                        5.3125 * tnr_m(k,j,i)
718                      ENDDO
719                   ENDIF
720                ENDIF
721
722             ENDIF
723
[1128]724          ENDIF
725
[736]726!
727!--       If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
728!--       energy (TKE)
729          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
730
731!
732!--          Tendency-terms for TKE
733             tend(:,j,i) = 0.0
[1001]734             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge'  &
[736]735                 .AND.  .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
736                 IF ( ws_scheme_sca )  THEN
[1001]737                     CALL advec_s_ws( i, j, e, 'e', flux_s_e, diss_s_e, &
738                                      flux_l_e, diss_l_e , i_omp_start, tn )
[736]739                 ELSE
740                     CALL advec_s_pw( i, j, e )
741                 ENDIF
742             ELSE
743                CALL advec_s_up( i, j, e )
744             ENDIF
[1001]745             IF ( .NOT. humidity )  THEN
746                IF ( ocean )  THEN
747                   CALL diffusion_e( i, j, prho, prho_reference )
[736]748                ELSE
[1001]749                   CALL diffusion_e( i, j, pt, pt_reference )
[736]750                ENDIF
751             ELSE
[1001]752                CALL diffusion_e( i, j, vpt, pt_reference )
[736]753             ENDIF
754             CALL production_e( i, j )
755
756!
757!--          Additional sink term for flows through plant canopies
758             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 6 ) 
759
760             CALL user_actions( i, j, 'e-tendency' )
761
762!
763!--          Prognostic equation for TKE.
764!--          Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
765!--          reasons in the course of the integration. In such cases the old
766!--          TKE value is reduced by 90%.
767             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]768                e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
769                                                  tsc(3) * te_m(k,j,i) )
[736]770                IF ( e_p(k,j,i) < 0.0 )  e_p(k,j,i) = 0.1 * e(k,j,i)
771             ENDDO
772
773!
774!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
775             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
776                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
777                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
778                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
779                   ENDDO
780                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
781                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
782                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
783                      te_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + &
784                                     5.3125 * te_m(k,j,i)
785                   ENDDO
786                ENDIF
787             ENDIF
788
789          ENDIF   ! TKE equation
790
791       ENDDO
792    ENDDO
793!$OMP END PARALLEL
794
795    CALL cpu_log( log_point(32), 'all progn.equations', 'stop' )
796
797
798 END SUBROUTINE prognostic_equations_cache
799
800
801 SUBROUTINE prognostic_equations_vector
802
803!------------------------------------------------------------------------------!
804! Version for vector machines
805!------------------------------------------------------------------------------!
806
807    IMPLICIT NONE
808
809    INTEGER ::  i, j, k
[1001]810    REAL    ::  sbt
[736]811
812
813!
814!-- u-velocity component
815    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'start' )
816
[1001]817    tend = 0.0
818    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]819       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
820          CALL advec_u_ws
821       ELSE
822          CALL advec_u_pw
823       ENDIF
824    ELSE
[1001]825       CALL advec_u_up
[736]826    ENDIF
[1001]827    CALL diffusion_u
[736]828    CALL coriolis( 1 )
[940]829    IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]830       CALL buoyancy( pt, 1 )
[940]831    ENDIF
[736]832
833!
834!-- Drag by plant canopy
835    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 1 )
836
837!
838!-- External pressure gradient
839    IF ( dp_external )  THEN
840       DO  i = nxlu, nxr
841          DO  j = nys, nyn
842             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
843                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
844             ENDDO
845          ENDDO
846       ENDDO
847    ENDIF
848
849    CALL user_actions( 'u-tendency' )
850
851!
852!-- Prognostic equation for u-velocity component
853    DO  i = nxlu, nxr
854       DO  j = nys, nyn
855          DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1001]856             u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
857                                               tsc(3) * tu_m(k,j,i) )          &
858                                   - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - ug(k) )
[736]859          ENDDO
860       ENDDO
861    ENDDO
862
863!
864!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
865    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
866       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
867          DO  i = nxlu, nxr
868             DO  j = nys, nyn
869                DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
870                   tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
871                ENDDO
872             ENDDO
873          ENDDO
874       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
875                intermediate_timestep_count_max )  THEN
876          DO  i = nxlu, nxr
877             DO  j = nys, nyn
878                DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
879                   tu_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tu_m(k,j,i)
880                ENDDO
881             ENDDO
882          ENDDO
883       ENDIF
884    ENDIF
885
886    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'stop' )
887
888!
889!-- v-velocity component
890    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'start' )
891
[1001]892    tend = 0.0
893    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]894       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
895          CALL advec_v_ws
896       ELSE
897          CALL advec_v_pw
898       END IF
899    ELSE
[1001]900       CALL advec_v_up
[736]901    ENDIF
[1001]902    CALL diffusion_v
[736]903    CALL coriolis( 2 )
904
905!
906!-- Drag by plant canopy
907    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 2 )
908
909!
910!-- External pressure gradient
911    IF ( dp_external )  THEN
912       DO  i = nxl, nxr
913          DO  j = nysv, nyn
914             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
915                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
916             ENDDO
917          ENDDO
918       ENDDO
919    ENDIF
920
921    CALL user_actions( 'v-tendency' )
922
923!
924!-- Prognostic equation for v-velocity component
925    DO  i = nxl, nxr
926       DO  j = nysv, nyn
927          DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1001]928             v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
929                                               tsc(3) * tv_m(k,j,i) )          &
930                                   - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - vg(k) )
[736]931          ENDDO
932       ENDDO
933    ENDDO
934
935!
936!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
937    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
938       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
939          DO  i = nxl, nxr
940             DO  j = nysv, nyn
941                DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
942                   tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
943                ENDDO
944             ENDDO
945          ENDDO
946       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
947                intermediate_timestep_count_max )  THEN
948          DO  i = nxl, nxr
949             DO  j = nysv, nyn
950                DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
951                   tv_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tv_m(k,j,i)
952                ENDDO
953             ENDDO
954          ENDDO
955       ENDIF
956    ENDIF
957
958    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'stop' )
959
960!
961!-- w-velocity component
962    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'start' )
963
[1001]964    tend = 0.0
965    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]966       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
967          CALL advec_w_ws
968       ELSE
969          CALL advec_w_pw
970       ENDIF
971    ELSE
[1001]972       CALL advec_w_up
[736]973    ENDIF
[1001]974    CALL diffusion_w
[736]975    CALL coriolis( 3 )
[940]976
977    IF ( .NOT. neutral )  THEN
978       IF ( ocean )  THEN
[1179]979          CALL buoyancy( rho, 3 )
[736]980       ELSE
[940]981          IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]982             CALL buoyancy( pt, 3 )
[940]983          ELSE
[1179]984             CALL buoyancy( vpt, 3 )
[940]985          ENDIF
[736]986       ENDIF
987    ENDIF
988
989!
990!-- Drag by plant canopy
991    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 3 )
992
993    CALL user_actions( 'w-tendency' )
994
995!
996!-- Prognostic equation for w-velocity component
997    DO  i = nxl, nxr
998       DO  j = nys, nyn
999          DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1001]1000             w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
1001                                               tsc(3) * tw_m(k,j,i) )          &
1002                                   - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
[736]1003          ENDDO
1004       ENDDO
1005    ENDDO
1006
1007!
1008!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1009    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1010       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1011          DO  i = nxl, nxr
1012             DO  j = nys, nyn
1013                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
1014                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1015                ENDDO
1016             ENDDO
1017          ENDDO
1018       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1019                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1020          DO  i = nxl, nxr
1021             DO  j = nys, nyn
1022                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
1023                   tw_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tw_m(k,j,i)
1024                ENDDO
1025             ENDDO
1026          ENDDO
1027       ENDIF
1028    ENDIF
1029
1030    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'stop' )
1031
[940]1032
[736]1033!
[940]1034!-- If required, compute prognostic equation for potential temperature
1035    IF ( .NOT. neutral )  THEN
[736]1036
[940]1037       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'start' )
1038
[736]1039!
[940]1040!--    pt-tendency terms with communication
1041       sbt = tsc(2)
1042       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
[736]1043
[940]1044          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
[736]1045!
[1001]1046!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[940]1047             sbt = 1.0
1048          ENDIF
[736]1049          tend = 0.0
[940]1050          CALL advec_s_bc( pt, 'pt' )
[1001]1051
[736]1052       ENDIF
[940]1053
1054!
1055!--    pt-tendency terms with no communication
[1001]1056       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1057          tend = 0.0
1058          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[940]1059             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1060                CALL advec_s_ws( pt, 'pt' )
1061             ELSE
1062                CALL advec_s_pw( pt )
1063             ENDIF
1064          ELSE
[1001]1065             CALL advec_s_up( pt )
[940]1066          ENDIF
[736]1067       ENDIF
1068
[1001]1069       CALL diffusion_s( pt, shf, tswst, wall_heatflux )
1070
[736]1071!
[940]1072!--    If required compute heating/cooling due to long wave radiation processes
1073       IF ( radiation )  THEN
1074          CALL calc_radiation
1075       ENDIF
[736]1076
1077!
[940]1078!--    If required compute impact of latent heat due to precipitation
1079       IF ( precipitation )  THEN
1080          CALL impact_of_latent_heat
1081       ENDIF
[736]1082
1083!
[940]1084!--    Consideration of heat sources within the plant canopy
1085       IF ( plant_canopy .AND. ( cthf /= 0.0 ) ) THEN
1086          CALL plant_canopy_model( 4 )
1087       ENDIF
[736]1088
[940]1089!
1090!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
1091       IF ( large_scale_subsidence )  THEN
1092          CALL subsidence( tend, pt, pt_init )
1093       ENDIF
[736]1094
[940]1095       CALL user_actions( 'pt-tendency' )
[736]1096
1097!
[940]1098!--    Prognostic equation for potential temperature
1099       DO  i = nxl, nxr
1100          DO  j = nys, nyn
1101             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1102                pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1103                                                    tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
1104                                        - tsc(5) * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
1105                                          ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )
[940]1106             ENDDO
[736]1107          ENDDO
1108       ENDDO
1109
1110!
[940]1111!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1112       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1113          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1114             DO  i = nxl, nxr
1115                DO  j = nys, nyn
1116                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1117                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1118                   ENDDO
[736]1119                ENDDO
1120             ENDDO
[940]1121          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1122                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1123             DO  i = nxl, nxr
1124                DO  j = nys, nyn
1125                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1126                      tpt_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + &
1127                                      5.3125 * tpt_m(k,j,i)
1128                   ENDDO
[736]1129                ENDDO
1130             ENDDO
[940]1131          ENDIF
[736]1132       ENDIF
[940]1133
1134       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'stop' )
1135
[736]1136    ENDIF
1137
1138!
1139!-- If required, compute prognostic equation for salinity
1140    IF ( ocean )  THEN
1141
1142       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'start' )
1143
1144!
1145!--    sa-tendency terms with communication
1146       sbt = tsc(2)
1147       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1148
1149          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1150!
[1001]1151!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[736]1152             sbt = 1.0
1153          ENDIF
1154          tend = 0.0
1155          CALL advec_s_bc( sa, 'sa' )
[1001]1156
[736]1157       ENDIF
1158
1159!
1160!--    sa-tendency terms with no communication
[1001]1161       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1162          tend = 0.0
1163          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1164             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1165                 CALL advec_s_ws( sa, 'sa' )
1166             ELSE
1167                 CALL advec_s_pw( sa )
1168             ENDIF
1169          ELSE
[1001]1170             CALL advec_s_up( sa )
[736]1171          ENDIF
1172       ENDIF
[1001]1173
1174       CALL diffusion_s( sa, saswsb, saswst, wall_salinityflux )
[736]1175       
1176       CALL user_actions( 'sa-tendency' )
1177
1178!
1179!--    Prognostic equation for salinity
1180       DO  i = nxl, nxr
1181          DO  j = nys, nyn
1182             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1183                sa_p(k,j,i) = sa(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1184                                                    tsc(3) * tsa_m(k,j,i) )    &
1185                                        - tsc(5) * rdf_sc(k) *                 &
1186                                          ( sa(k,j,i) - sa_init(k) )
[736]1187                IF ( sa_p(k,j,i) < 0.0 )  sa_p(k,j,i) = 0.1 * sa(k,j,i)
1188             ENDDO
1189          ENDDO
1190       ENDDO
1191
1192!
1193!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1194       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1195          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1196             DO  i = nxl, nxr
1197                DO  j = nys, nyn
1198                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1199                      tsa_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1200                   ENDDO
1201                ENDDO
1202             ENDDO
1203          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1204                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1205             DO  i = nxl, nxr
1206                DO  j = nys, nyn
1207                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1208                      tsa_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + &
1209                                      5.3125 * tsa_m(k,j,i)
1210                   ENDDO
1211                ENDDO
1212             ENDDO
1213          ENDIF
1214       ENDIF
1215
1216       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'stop' )
1217
1218!
1219!--    Calculate density by the equation of state for seawater
1220       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'start' )
1221       CALL eqn_state_seawater
1222       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'stop' )
1223
1224    ENDIF
1225
1226!
1227!-- If required, compute prognostic equation for total water content / scalar
1228    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1229
1230       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'start' )
1231
1232!
1233!--    Scalar/q-tendency terms with communication
1234       sbt = tsc(2)
1235       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1236
1237          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1238!
[1001]1239!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[736]1240             sbt = 1.0
1241          ENDIF
1242          tend = 0.0
1243          CALL advec_s_bc( q, 'q' )
[1001]1244
[736]1245       ENDIF
1246
1247!
1248!--    Scalar/q-tendency terms with no communication
[1001]1249       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1250          tend = 0.0
1251          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1252             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1253                CALL advec_s_ws( q, 'q' )
1254             ELSE
1255                CALL advec_s_pw( q )
1256             ENDIF
1257          ELSE
[1001]1258             CALL advec_s_up( q )
[736]1259          ENDIF
1260       ENDIF
[1001]1261
1262       CALL diffusion_s( q, qsws, qswst, wall_qflux )
[736]1263       
1264!
1265!--    If required compute decrease of total water content due to
1266!--    precipitation
1267       IF ( precipitation )  THEN
1268          CALL calc_precipitation
1269       ENDIF
1270
1271!
1272!--    Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
1273       IF ( plant_canopy ) CALL plant_canopy_model( 5 )
1274       
1275!
1276!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[940]1277       IF ( large_scale_subsidence )  THEN
1278         CALL subsidence( tend, q, q_init )
[736]1279       ENDIF
1280
1281       CALL user_actions( 'q-tendency' )
1282
1283!
1284!--    Prognostic equation for total water content / scalar
1285       DO  i = nxl, nxr
1286          DO  j = nys, nyn
1287             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1288                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
1289                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
1290                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
1291                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
[736]1292                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0 )  q_p(k,j,i) = 0.1 * q(k,j,i)
1293             ENDDO
1294          ENDDO
1295       ENDDO
1296
1297!
1298!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1299       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1300          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1301             DO  i = nxl, nxr
1302                DO  j = nys, nyn
1303                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1304                      tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1305                   ENDDO
1306                ENDDO
1307             ENDDO
1308          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1309                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1310             DO  i = nxl, nxr
1311                DO  j = nys, nyn
1312                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1313                      tq_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tq_m(k,j,i)
1314                   ENDDO
1315                ENDDO
1316             ENDDO
1317          ENDIF
1318       ENDIF
1319
1320       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'stop' )
1321
1322    ENDIF
1323
1324!
1325!-- If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
1326!-- energy (TKE)
1327    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1328
1329       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'start' )
1330
1331       sbt = tsc(2)
1332       IF ( .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
1333          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1334
1335             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1336!
[1001]1337!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[736]1338                sbt = 1.0
1339             ENDIF
1340             tend = 0.0
1341             CALL advec_s_bc( e, 'e' )
[1001]1342
[736]1343          ENDIF
1344       ENDIF
1345
1346!
1347!--    TKE-tendency terms with no communication
[1001]1348       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme'  .OR.  use_upstream_for_tke )  THEN
[736]1349          IF ( use_upstream_for_tke )  THEN
1350             tend = 0.0
1351             CALL advec_s_up( e )
1352          ELSE
[1001]1353             tend = 0.0
1354             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1355                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1356                   CALL advec_s_ws( e, 'e' )
1357                ELSE
1358                   CALL advec_s_pw( e )
1359                ENDIF
1360             ELSE
[1001]1361                CALL advec_s_up( e )
[736]1362             ENDIF
1363          ENDIF
[1001]1364       ENDIF
1365
1366       IF ( .NOT. humidity )  THEN
1367          IF ( ocean )  THEN
1368             CALL diffusion_e( prho, prho_reference )
[736]1369          ELSE
[1001]1370             CALL diffusion_e( pt, pt_reference )
[736]1371          ENDIF
[1001]1372       ELSE
1373          CALL diffusion_e( vpt, pt_reference )
[736]1374       ENDIF
[1001]1375
[736]1376       CALL production_e
1377
1378!
1379!--    Additional sink term for flows through plant canopies
1380       IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 6 )
1381       CALL user_actions( 'e-tendency' )
1382
1383!
1384!--    Prognostic equation for TKE.
1385!--    Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
1386!--    reasons in the course of the integration. In such cases the old TKE
1387!--    value is reduced by 90%.
1388       DO  i = nxl, nxr
1389          DO  j = nys, nyn
1390             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1391                e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
1392                                                  tsc(3) * te_m(k,j,i) )
[736]1393                IF ( e_p(k,j,i) < 0.0 )  e_p(k,j,i) = 0.1 * e(k,j,i)
1394             ENDDO
1395          ENDDO
1396       ENDDO
1397
1398!
1399!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1400       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1401          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1402             DO  i = nxl, nxr
1403                DO  j = nys, nyn
1404                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1405                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1406                   ENDDO
1407                ENDDO
1408             ENDDO
1409          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1410                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1411             DO  i = nxl, nxr
1412                DO  j = nys, nyn
1413                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1414                      te_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * te_m(k,j,i)
1415                   ENDDO
1416                ENDDO
1417             ENDDO
1418          ENDIF
1419       ENDIF
1420
1421       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'stop' )
1422
1423    ENDIF
1424
1425
1426 END SUBROUTINE prognostic_equations_vector
1427
1428
[1015]1429 SUBROUTINE prognostic_equations_acc
1430
1431!------------------------------------------------------------------------------!
1432! Version for accelerator boards
1433!------------------------------------------------------------------------------!
1434
1435    IMPLICIT NONE
1436
1437    INTEGER ::  i, j, k, runge_step
1438    REAL    ::  sbt
1439
1440!
1441!-- Set switch for intermediate Runge-Kutta step
1442    runge_step = 0
1443    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1444       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1445          runge_step = 1
1446       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1447                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1448          runge_step = 2
1449       ENDIF
1450    ENDIF
1451
1452!
1453!-- u-velocity component
1454!++ Statistics still not ported to accelerators
[1179]1455    !$acc update device( hom, ref_state )
[1015]1456    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'start' )
1457
1458    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1459       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1460          CALL advec_u_ws_acc
1461       ELSE
1462          tend = 0.0    ! to be removed later??
1463          CALL advec_u_pw
1464       ENDIF
1465    ELSE
1466       CALL advec_u_up
1467    ENDIF
1468    CALL diffusion_u_acc
1469    CALL coriolis_acc( 1 )
1470    IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]1471       CALL buoyancy( pt, 1 )
[1015]1472    ENDIF
1473
1474!
1475!-- Drag by plant canopy
1476    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 1 )
1477
1478!
1479!-- External pressure gradient
1480    IF ( dp_external )  THEN
[1128]1481       DO  i = i_left, i_right
1482          DO  j = j_south, j_north
[1015]1483             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1484                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
1485             ENDDO
1486          ENDDO
1487       ENDDO
1488    ENDIF
1489
1490    CALL user_actions( 'u-tendency' )
1491
1492!
1493!-- Prognostic equation for u-velocity component
1494    !$acc kernels present( nzb_u_inner, rdf, tend, tu_m, u, ug, u_p )
1495    !$acc loop
[1128]1496    DO  i = i_left, i_right
1497       DO  j = j_south, j_north
[1015]1498          !$acc loop vector( 32 )
1499          DO  k = 1, nzt
1500             IF ( k > nzb_u_inner(j,i) )  THEN
1501                u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
1502                                                  tsc(3) * tu_m(k,j,i) )       &
1503                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - ug(k) )
1504!
1505!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
1506                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1507                   tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1508                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
1509                   tu_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tu_m(k,j,i)
1510                ENDIF
1511             ENDIF
1512          ENDDO
1513       ENDDO
1514    ENDDO
1515    !$acc end kernels
1516
1517    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'stop' )
1518
1519!
1520!-- v-velocity component
1521    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'start' )
1522
1523    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1524       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1525          CALL advec_v_ws_acc
1526       ELSE
1527          tend = 0.0    ! to be removed later??
1528          CALL advec_v_pw
1529       END IF
1530    ELSE
1531       CALL advec_v_up
1532    ENDIF
1533    CALL diffusion_v_acc
1534    CALL coriolis_acc( 2 )
1535
1536!
1537!-- Drag by plant canopy
1538    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 2 )
1539
1540!
1541!-- External pressure gradient
1542    IF ( dp_external )  THEN
[1128]1543       DO  i = i_left, i_right
1544          DO  j = j_south, j_north
[1015]1545             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1546                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
1547             ENDDO
1548          ENDDO
1549       ENDDO
1550    ENDIF
1551
1552    CALL user_actions( 'v-tendency' )
1553
1554!
1555!-- Prognostic equation for v-velocity component
1556    !$acc kernels present( nzb_v_inner, rdf, tend, tv_m, v, vg, v_p )
1557    !$acc loop
[1128]1558    DO  i = i_left, i_right
1559       DO  j = j_south, j_north
[1015]1560          !$acc loop vector( 32 )
1561          DO  k = 1, nzt
1562             IF ( k > nzb_v_inner(j,i) )  THEN
1563                v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
1564                                                  tsc(3) * tv_m(k,j,i) )       &
1565                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - vg(k) )
1566!
1567!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
1568                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1569                   tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1570                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
1571                   tv_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tv_m(k,j,i)
1572                ENDIF
1573             ENDIF
1574          ENDDO
1575       ENDDO
1576    ENDDO
1577    !$acc end kernels
1578
1579    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'stop' )
1580
1581!
1582!-- w-velocity component
1583    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'start' )
1584
1585    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1586       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1587          CALL advec_w_ws_acc
1588       ELSE
1589          tend = 0.0    ! to be removed later??
1590          CALL advec_w_pw
1591       ENDIF
1592    ELSE
1593       CALL advec_w_up
1594    ENDIF
1595    CALL diffusion_w_acc
1596    CALL coriolis_acc( 3 )
1597
1598    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1599       IF ( ocean )  THEN
[1179]1600          CALL buoyancy( rho, 3 )
[1015]1601       ELSE
1602          IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]1603             CALL buoyancy_acc( pt, 3 )
[1015]1604          ELSE
[1179]1605             CALL buoyancy( vpt, 3 )
[1015]1606          ENDIF
1607       ENDIF
1608    ENDIF
1609
1610!
1611!-- Drag by plant canopy
1612    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 3 )
1613
1614    CALL user_actions( 'w-tendency' )
1615
1616!
1617!-- Prognostic equation for w-velocity component
1618    !$acc kernels present( nzb_w_inner, rdf, tend, tw_m, w, w_p )
1619    !$acc loop
[1128]1620    DO  i = i_left, i_right
1621       DO  j = j_south, j_north
[1015]1622          !$acc loop vector( 32 )
1623          DO  k = 1, nzt-1
1624             IF ( k > nzb_w_inner(j,i) )  THEN
1625                w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
1626                                                  tsc(3) * tw_m(k,j,i) )       &
1627                                      - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
1628   !
1629   !--          Tendencies for the next Runge-Kutta step
1630                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1631                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1632                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
1633                   tw_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tw_m(k,j,i)
1634                ENDIF
1635             ENDIF
1636          ENDDO
1637       ENDDO
1638    ENDDO
1639    !$acc end kernels
1640
1641    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'stop' )
1642
1643
1644!
1645!-- If required, compute prognostic equation for potential temperature
1646    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1647
1648       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'start' )
1649
1650!
1651!--    pt-tendency terms with communication
1652       sbt = tsc(2)
1653       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1654
1655          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1656!
1657!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1658             sbt = 1.0
1659          ENDIF
1660          tend = 0.0
1661          CALL advec_s_bc( pt, 'pt' )
1662
1663       ENDIF
1664
1665!
1666!--    pt-tendency terms with no communication
1667       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1668          tend = 0.0
1669          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1670             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1671                CALL advec_s_ws_acc( pt, 'pt' )
1672             ELSE
1673                tend = 0.0    ! to be removed later??
1674                CALL advec_s_pw( pt )
1675             ENDIF
1676          ELSE
1677             CALL advec_s_up( pt )
1678          ENDIF
1679       ENDIF
1680
1681       CALL diffusion_s_acc( pt, shf, tswst, wall_heatflux )
1682
1683!
1684!--    If required compute heating/cooling due to long wave radiation processes
1685       IF ( radiation )  THEN
1686          CALL calc_radiation
1687       ENDIF
1688
1689!
1690!--    If required compute impact of latent heat due to precipitation
1691       IF ( precipitation )  THEN
1692          CALL impact_of_latent_heat
1693       ENDIF
1694
1695!
1696!--    Consideration of heat sources within the plant canopy
1697       IF ( plant_canopy .AND. ( cthf /= 0.0 ) ) THEN
1698          CALL plant_canopy_model( 4 )
1699       ENDIF
1700
1701!
1702!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
1703       IF ( large_scale_subsidence )  THEN
1704          CALL subsidence( tend, pt, pt_init )
1705       ENDIF
1706
1707       CALL user_actions( 'pt-tendency' )
1708
1709!
1710!--    Prognostic equation for potential temperature
1711       !$acc kernels present( nzb_s_inner, rdf_sc, ptdf_x, ptdf_y, pt_init ) &
1712       !$acc         present( tend, tpt_m, pt, pt_p )
1713       !$acc loop
[1128]1714       DO  i = i_left, i_right
1715          DO  j = j_south, j_north
[1015]1716             !$acc loop vector( 32 )
1717             DO  k = 1, nzt
1718                IF ( k > nzb_s_inner(j,i) )  THEN
1719                   pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1720                                                       tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
1721                                           - tsc(5) * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
1722                                             ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )
1723!
1724!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
1725                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
1726                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1727                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
1728                      tpt_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tpt_m(k,j,i)
1729                   ENDIF
1730                ENDIF
1731             ENDDO
1732          ENDDO
1733       ENDDO
1734       !$acc end kernels
1735
1736       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'stop' )
1737
1738    ENDIF
1739
1740!
1741!-- If required, compute prognostic equation for salinity
1742    IF ( ocean )  THEN
1743
1744       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'start' )
1745
1746!
1747!--    sa-tendency terms with communication
1748       sbt = tsc(2)
1749       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1750
1751          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1752!
1753!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1754             sbt = 1.0
1755          ENDIF
1756          tend = 0.0
1757          CALL advec_s_bc( sa, 'sa' )
1758
1759       ENDIF
1760
1761!
1762!--    sa-tendency terms with no communication
1763       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1764          tend = 0.0
1765          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1766             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1767                 CALL advec_s_ws( sa, 'sa' )
1768             ELSE
1769                 CALL advec_s_pw( sa )
1770             ENDIF
1771          ELSE
1772             CALL advec_s_up( sa )
1773          ENDIF
1774       ENDIF
1775
1776       CALL diffusion_s( sa, saswsb, saswst, wall_salinityflux )
1777
1778       CALL user_actions( 'sa-tendency' )
1779
1780!
1781!--    Prognostic equation for salinity
[1128]1782       DO  i = i_left, i_right
1783          DO  j = j_south, j_north
[1015]1784             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1785                sa_p(k,j,i) = sa(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1786                                                    tsc(3) * tsa_m(k,j,i) )    &
1787                                        - tsc(5) * rdf_sc(k) *                 &
1788                                          ( sa(k,j,i) - sa_init(k) )
1789                IF ( sa_p(k,j,i) < 0.0 )  sa_p(k,j,i) = 0.1 * sa(k,j,i)
1790!
1791!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
1792                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1793                   tsa_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1794                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
1795                   tsa_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tsa_m(k,j,i)
1796                ENDIF
1797             ENDDO
1798          ENDDO
1799       ENDDO
1800
1801       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'stop' )
1802
1803!
1804!--    Calculate density by the equation of state for seawater
1805       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'start' )
1806       CALL eqn_state_seawater
1807       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'stop' )
1808
1809    ENDIF
1810
1811!
1812!-- If required, compute prognostic equation for total water content / scalar
1813    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1814
1815       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'start' )
1816
1817!
1818!--    Scalar/q-tendency terms with communication
1819       sbt = tsc(2)
1820       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1821
1822          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1823!
1824!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1825             sbt = 1.0
1826          ENDIF
1827          tend = 0.0
1828          CALL advec_s_bc( q, 'q' )
1829
1830       ENDIF
1831
1832!
1833!--    Scalar/q-tendency terms with no communication
1834       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1835          tend = 0.0
1836          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1837             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1838                CALL advec_s_ws( q, 'q' )
1839             ELSE
1840                CALL advec_s_pw( q )
1841             ENDIF
1842          ELSE
1843             CALL advec_s_up( q )
1844          ENDIF
1845       ENDIF
1846
1847       CALL diffusion_s( q, qsws, qswst, wall_qflux )
1848
1849!
1850!--    If required compute decrease of total water content due to
1851!--    precipitation
1852       IF ( precipitation )  THEN
1853          CALL calc_precipitation
1854       ENDIF
1855
1856!
1857!--    Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
1858       IF ( plant_canopy ) CALL plant_canopy_model( 5 )
1859
1860!
1861!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
1862       IF ( large_scale_subsidence )  THEN
1863         CALL subsidence( tend, q, q_init )
1864       ENDIF
1865
1866       CALL user_actions( 'q-tendency' )
1867
1868!
1869!--    Prognostic equation for total water content / scalar
[1128]1870       DO  i = i_left, i_right
1871          DO  j = j_south, j_north
[1015]1872             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1873                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
1874                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
1875                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
1876                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
1877                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0 )  q_p(k,j,i) = 0.1 * q(k,j,i)
1878!
1879!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
1880                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1881                   tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1882                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
1883                   tq_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * tq_m(k,j,i)
1884                ENDIF
1885             ENDDO
1886          ENDDO
1887       ENDDO
1888
1889       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'stop' )
1890
1891    ENDIF
1892
1893!
1894!-- If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
1895!-- energy (TKE)
1896    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1897
1898       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'start' )
1899
1900       sbt = tsc(2)
1901       IF ( .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
1902          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1903
1904             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1905!
1906!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1907                sbt = 1.0
1908             ENDIF
1909             tend = 0.0
1910             CALL advec_s_bc( e, 'e' )
1911
1912          ENDIF
1913       ENDIF
1914
1915!
1916!--    TKE-tendency terms with no communication
1917       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme'  .OR.  use_upstream_for_tke )  THEN
1918          IF ( use_upstream_for_tke )  THEN
1919             tend = 0.0
1920             CALL advec_s_up( e )
1921          ELSE
1922             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1923                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1924                   CALL advec_s_ws_acc( e, 'e' )
1925                ELSE
1926                   tend = 0.0    ! to be removed later??
1927                   CALL advec_s_pw( e )
1928                ENDIF
1929             ELSE
1930                tend = 0.0    ! to be removed later??
1931                CALL advec_s_up( e )
1932             ENDIF
1933          ENDIF
1934       ENDIF
1935
1936       IF ( .NOT. humidity )  THEN
1937          IF ( ocean )  THEN
1938             CALL diffusion_e( prho, prho_reference )
1939          ELSE
1940             CALL diffusion_e_acc( pt, pt_reference )
1941          ENDIF
1942       ELSE
1943          CALL diffusion_e( vpt, pt_reference )
1944       ENDIF
1945
1946       CALL production_e_acc
1947
1948!
1949!--    Additional sink term for flows through plant canopies
1950       IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 6 )
1951       CALL user_actions( 'e-tendency' )
1952
1953!
1954!--    Prognostic equation for TKE.
1955!--    Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
1956!--    reasons in the course of the integration. In such cases the old TKE
1957!--    value is reduced by 90%.
1958       !$acc kernels present( e, e_p, nzb_s_inner, tend, te_m )
1959       !$acc loop
[1128]1960       DO  i = i_left, i_right
1961          DO  j = j_south, j_north
[1015]1962             !$acc loop vector( 32 )
1963             DO  k = 1, nzt
1964                IF ( k > nzb_s_inner(j,i) )  THEN
1965                   e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
1966                                                     tsc(3) * te_m(k,j,i) )
1967                   IF ( e_p(k,j,i) < 0.0 )  e_p(k,j,i) = 0.1 * e(k,j,i)
1968!
1969!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
1970                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
1971                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1972                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
1973                      te_m(k,j,i) = -9.5625 * tend(k,j,i) + 5.3125 * te_m(k,j,i)
1974                   ENDIF
1975                ENDIF
1976             ENDDO
1977          ENDDO
1978       ENDDO
1979       !$acc end kernels
1980
1981       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'stop' )
1982
1983    ENDIF
1984
1985
1986 END SUBROUTINE prognostic_equations_acc
1987
1988
[736]1989 END MODULE prognostic_equations_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.