source: palm/trunk/SOURCE/prognostic_equations.f90 @ 1392

Last change on this file since 1392 was 1381, checked in by heinze, 11 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 83.1 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!
[1310]17! Copyright 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
[1036]18!--------------------------------------------------------------------------------!
19!
[736]20! Current revisions:
[1092]21! ------------------
[1381]22!
23!
[1366]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: prognostic_equations.f90 1381 2014-04-28 12:41:59Z raasch $
27!
[1381]28! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
29! Change order of calls for scalar prognostic quantities:
30! ls_advec -> nudging -> subsidence since initial profiles
31!
[1380]32! 1374 2014-04-25 12:55:07Z raasch
33! missing variables added to ONLY lists
34!
35! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
[1365]36! Calls of ls_advec for large scale advection added,
37! subroutine subsidence is only called if use_subsidence_tendencies = .F.,
38! new argument ls_index added to the calls of subsidence
39! +ls_index
40!
41! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
[1361]42! Two-moment microphysics moved to the start of prognostic equations. This makes
43! the 3d arrays for tend_q, tend_qr, tend_pt and tend_pt redundant.
44! Additionally, it is allowed to call the microphysics just once during the time
45! step (not at each sub-time step).
46!
47! Two-moment cloud physics added for vector and accelerator optimization.
48!
49! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
[1354]50! REAL constants provided with KIND-attribute
51!
[1353]52! 1337 2014-03-25 15:11:48Z heinze
53! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute
54!
55! 1332 2014-03-25 11:59:43Z suehring
[1333]56! Bugfix: call advec_ws or advec_pw for TKE only if NOT use_upstream_for_tke
57!
[1332]58! 1330 2014-03-24 17:29:32Z suehring
[1331]59! In case of SGS-particle velocity advection of TKE is also allowed with
60! dissipative 5th-order scheme.
61!
[1321]62! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
[1320]63! ONLY-attribute added to USE-statements,
64! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
65! kinds are defined in new module kinds,
66! old module precision_kind is removed,
67! revision history before 2012 removed,
68! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
69! all variable declaration statements
[1054]70!
[1319]71! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
72! module interfaces removed
73!
[1258]74! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
75! openacc loop vector clauses removed, independent clauses added
76!
[1247]77! 1246 2013-11-01 08:59:45Z heinze
78! enable nudging also for accelerator version
79!
[1242]80! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
81! usage of nudging enabled (so far not implemented for accelerator version)
82!
[1182]83! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
84! two arguments removed from routine buoyancy, ref_state updated on device
85!
[1132]86! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
87! those parts requiring global communication moved to time_integration,
88! loop index bounds in accelerator version replaced by i_left, i_right, j_south,
89! j_north
90!
[1116]91! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
92! optimized cloud physics: calculation of microphysical tendencies transfered
93! to microphysics.f90; qr and nr are only calculated if precipitation is required
94!
[1112]95! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
96! update directives for prognostic quantities removed
97!
[1107]98! 1106 2013-03-04 05:31:38Z raasch
99! small changes in code formatting
100!
[1093]101! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
102! unused variables removed
103!
[1054]104! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]105! implementation of two new prognostic equations for rain drop concentration (nr)
106! and rain water content (qr)
[979]107!
[1053]108! currently, only available for cache loop optimization
[1020]109!
[1037]110! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
111! code put under GPL (PALM 3.9)
112!
[1020]113! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
114! non-optimized version of prognostic_equations removed
115!
[1017]116! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
117! new branch prognostic_equations_acc
118! OpenACC statements added + code changes required for GPU optimization
119!
[1002]120! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
121! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
122!
[979]123! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]124! km_damp_x and km_damp_y removed in calls of diffusion_u and diffusion_v
125! add ptdf_x, ptdf_y for damping the potential temperature at the inflow
126! boundary in case of non-cyclic lateral boundaries
127! Bugfix: first thread index changes for WS-scheme at the inflow
[736]128!
[941]129! 940 2012-07-09 14:31:00Z raasch
130! temperature equation can be switched off
131!
[736]132! Revision 1.1  2000/04/13 14:56:27  schroeter
133! Initial revision
134!
135!
136! Description:
137! ------------
138! Solving the prognostic equations.
139!------------------------------------------------------------------------------!
140
[1320]141    USE arrays_3d,                                                             &
142        ONLY:  diss_l_e, diss_l_nr, diss_l_pt, diss_l_q, diss_l_qr,            &
143               diss_l_sa, diss_s_e, diss_s_nr, diss_s_pt, diss_s_q,            &
144               diss_s_qr, diss_s_sa, e, e_p, flux_s_e, flux_s_nr, flux_s_pt,   &
145               flux_s_q, flux_s_qr, flux_s_sa, flux_l_e, flux_l_nr,            &
146               flux_l_pt, flux_l_q, flux_l_qr, flux_l_sa, nr, nr_p, nrsws,     &
147               nrswst, pt, ptdf_x, ptdf_y, pt_init, pt_p, prho, q, q_init,     &
[1374]148               q_p, qsws, qswst, qr, qr_p, qrsws, qrswst, rdf, rdf_sc,         &
149               ref_state, rho, sa, sa_init, sa_p, saswsb, saswst, shf, tend,   &
150               te_m, tnr_m, tpt_m, tq_m, tqr_m, tsa_m, tswst, tu_m, tv_m,      &
151               tw_m, u, ug, u_p, v, vg, vpt, v_p, w, w_p
[1320]152       
153    USE control_parameters,                                                    &
[1361]154        ONLY:  call_microphysics_at_all_substeps, cloud_physics,               &
155               constant_diffusion, cthf, dp_external,                          &
[1320]156               dp_level_ind_b, dp_smooth_factor, dpdxy, dt_3d, humidity,       &
157               icloud_scheme, inflow_l, intermediate_timestep_count,           &
[1365]158               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
159               large_scale_subsidence, neutral, nudging, ocean, outflow_l,     &
160               outflow_s, passive_scalar, plant_canopy, precipitation,         &
161               prho_reference, prho_reference, prho_reference, pt_reference,   &
162               pt_reference, pt_reference, radiation, scalar_advec,            &
163               scalar_advec, simulated_time, sloping_surface, timestep_scheme, &
164               tsc, use_subsidence_tendencies, use_upstream_for_tke,           &
[1320]165               use_upstream_for_tke, use_upstream_for_tke, wall_heatflux,      &
166               wall_nrflux, wall_qflux, wall_qflux, wall_qflux, wall_qrflux,   &
167               wall_salinityflux, ws_scheme_mom, ws_scheme_sca
[736]168
[1320]169    USE cpulog,                                                                &
170        ONLY:  cpu_log, log_point
[736]171
[1320]172    USE eqn_state_seawater_mod,                                                &
173        ONLY:  eqn_state_seawater
174
175    USE indices,                                                               &
176        ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nxl, nxlu, nxr, nyn, nys,    &
177               nysv, nzb_s_inner, nzb_u_inner, nzb_v_inner, nzb_w_inner, nzt
178
179    USE advec_ws,                                                              &
180        ONLY:  advec_s_ws, advec_s_ws_acc, advec_u_ws, advec_u_ws_acc,         &
181               advec_v_ws, advec_v_ws_acc, advec_w_ws, advec_w_ws_acc
182
183    USE advec_s_pw_mod,                                                        &
184        ONLY:  advec_s_pw
185
186    USE advec_s_up_mod,                                                        &
187        ONLY:  advec_s_up
188
189    USE advec_u_pw_mod,                                                        &
190        ONLY:  advec_u_pw
191
192    USE advec_u_up_mod,                                                        &
193        ONLY:  advec_u_up
194
195    USE advec_v_pw_mod,                                                        &
196        ONLY:  advec_v_pw
197
198    USE advec_v_up_mod,                                                        &
199        ONLY:  advec_v_up
200
201    USE advec_w_pw_mod,                                                        &
202        ONLY:  advec_w_pw
203
204    USE advec_w_up_mod,                                                        &
205        ONLY:  advec_w_up
206
207    USE buoyancy_mod,                                                          &
208        ONLY:  buoyancy, buoyancy_acc
209
210    USE calc_precipitation_mod,                                                &
211        ONLY:  calc_precipitation
212
213    USE calc_radiation_mod,                                                    &
214        ONLY:  calc_radiation
215 
216    USE coriolis_mod,                                                          &
217        ONLY:  coriolis, coriolis_acc
218
219    USE diffusion_e_mod,                                                       &
220        ONLY:  diffusion_e, diffusion_e_acc
221
222    USE diffusion_s_mod,                                                       &
223        ONLY:  diffusion_s, diffusion_s_acc
224
225    USE diffusion_u_mod,                                                       &
226        ONLY:  diffusion_u, diffusion_u_acc
227
228    USE diffusion_v_mod,                                                       &
229        ONLY:  diffusion_v, diffusion_v_acc
230
231    USE diffusion_w_mod,                                                       &
232        ONLY:  diffusion_w, diffusion_w_acc
233
234    USE impact_of_latent_heat_mod,                                             &
235        ONLY:  impact_of_latent_heat
236
237    USE kinds
238
[1365]239    USE ls_forcing_mod,                                                        &
240        ONLY:  ls_advec
241
[1320]242    USE microphysics_mod,                                                      &
243        ONLY:  microphysics_control
244
245    USE nudge_mod,                                                             &
246        ONLY:  nudge
247
248    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
249        ONLY:  plant_canopy_model
250
251    USE production_e_mod,                                                      &
252        ONLY:  production_e, production_e_acc
253
[1374]254    USE statistics,                                                            &
255        ONLY:  hom
256
[1320]257    USE subsidence_mod,                                                        &
258        ONLY:  subsidence
259
260    USE user_actions_mod,                                                      &
261        ONLY:  user_actions
262
263
[736]264    PRIVATE
[1019]265    PUBLIC prognostic_equations_cache, prognostic_equations_vector, &
266           prognostic_equations_acc
[736]267
268    INTERFACE prognostic_equations_cache
269       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_cache
270    END INTERFACE prognostic_equations_cache
271
272    INTERFACE prognostic_equations_vector
273       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_vector
274    END INTERFACE prognostic_equations_vector
275
[1015]276    INTERFACE prognostic_equations_acc
277       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_acc
278    END INTERFACE prognostic_equations_acc
[736]279
[1015]280
[736]281 CONTAINS
282
283
284 SUBROUTINE prognostic_equations_cache
285
286!------------------------------------------------------------------------------!
287! Version with one optimized loop over all equations. It is only allowed to
288! be called for the Wicker and Skamarock or Piascek-Williams advection scheme.
289!
290! Here the calls of most subroutines are embedded in two DO loops over i and j,
291! so communication between CPUs is not allowed (does not make sense) within
292! these loops.
293!
294! (Optimized to avoid cache missings, i.e. for Power4/5-architectures.)
295!------------------------------------------------------------------------------!
296
297    IMPLICIT NONE
298
[1320]299    INTEGER(iwp) ::  i                   !:
300    INTEGER(iwp) ::  i_omp_start         !:
301    INTEGER(iwp) ::  j                   !:
302    INTEGER(iwp) ::  k                   !:
303    INTEGER(iwp) ::  omp_get_thread_num  !:
304    INTEGER(iwp) ::  tn = 0              !:
305   
306    LOGICAL      ::  loop_start          !:
[736]307
308
309!
310!-- Time measurement can only be performed for the whole set of equations
311    CALL cpu_log( log_point(32), 'all progn.equations', 'start' )
312
313!
314!-- Loop over all prognostic equations
315!$OMP PARALLEL private (i,i_omp_start,j,k,loop_start,tn)
316
317!$  tn = omp_get_thread_num()
318    loop_start = .TRUE.
319!$OMP DO
320    DO  i = nxl, nxr
321
322!
323!--    Store the first loop index. It differs for each thread and is required
324!--    later in advec_ws
325       IF ( loop_start )  THEN
326          loop_start  = .FALSE.
327          i_omp_start = i 
328       ENDIF
[1365]329
[736]330       DO  j = nys, nyn
331!
[1361]332!--       If required, calculate cloud microphysical impacts (two-moment scheme)
333          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.                 &
334               ( intermediate_timestep_count == 1  .OR.                        &
335                 call_microphysics_at_all_substeps )                           &
336             )  THEN
337             CALL microphysics_control( i, j )
338          ENDIF
339!
[736]340!--       Tendency terms for u-velocity component
341          IF ( .NOT. outflow_l  .OR.  i > nxl )  THEN
342
[1337]343             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]344             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]345                IF ( ws_scheme_mom )  THEN
[978]346                   IF ( ( inflow_l .OR. outflow_l ) .AND. i_omp_start == nxl )  THEN
[736]347                      CALL advec_u_ws( i, j, i_omp_start + 1, tn )
348                   ELSE
349                      CALL advec_u_ws( i, j, i_omp_start, tn )
350                   ENDIF
351                ELSE
352                   CALL advec_u_pw( i, j )
353                ENDIF
354             ELSE
355                CALL advec_u_up( i, j )
356             ENDIF
[1001]357             CALL diffusion_u( i, j )
[736]358             CALL coriolis( i, j, 1 )
[940]359             IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]360                CALL buoyancy( i, j, pt, 1 )
[940]361             ENDIF
[736]362
363!
364!--          Drag by plant canopy
365             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 1 )
366
367!
368!--          External pressure gradient
369             IF ( dp_external )  THEN
370                DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
371                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
372                ENDDO
373             ENDIF
374
[1241]375!
376!--          Nudging
377             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'u' ) 
378
[736]379             CALL user_actions( i, j, 'u-tendency' )
380!
381!--          Prognostic equation for u-velocity component
382             DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1001]383                u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
384                                                  tsc(3) * tu_m(k,j,i) )       &
385                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - ug(k) )
[736]386             ENDDO
387
388!
389!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
390             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
391                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
392                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
393                      tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
394                   ENDDO
395                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
396                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
397                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1337]398                      tu_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tu_m(k,j,i)
[736]399                   ENDDO
400                ENDIF
401             ENDIF
402
403          ENDIF
404
405!
406!--       Tendency terms for v-velocity component
407          IF ( .NOT. outflow_s  .OR.  j > nys )  THEN
408
[1337]409             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]410             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]411                IF ( ws_scheme_mom )  THEN
412                    CALL advec_v_ws( i, j, i_omp_start, tn )
413                ELSE
414                    CALL advec_v_pw( i, j )
415                ENDIF
416             ELSE
417                CALL advec_v_up( i, j )
418             ENDIF
[1001]419             CALL diffusion_v( i, j )
[736]420             CALL coriolis( i, j, 2 )
421
422!
423!--          Drag by plant canopy
424             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 2 )       
425
426!
427!--          External pressure gradient
428             IF ( dp_external )  THEN
429                DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
430                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
431                ENDDO
432             ENDIF
433
[1241]434!
435!--          Nudging
436             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'v' ) 
437
[736]438             CALL user_actions( i, j, 'v-tendency' )
439!
440!--          Prognostic equation for v-velocity component
441             DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1001]442                v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
443                                                  tsc(3) * tv_m(k,j,i) )       &
444                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - vg(k) )
[736]445             ENDDO
446
447!
448!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
449             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
450                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
451                   DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
452                      tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
453                   ENDDO
454                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
455                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
456                   DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1337]457                      tv_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tv_m(k,j,i)
[736]458                   ENDDO
459                ENDIF
460             ENDIF
461
462          ENDIF
463
464!
465!--       Tendency terms for w-velocity component
[1337]466          tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]467          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]468             IF ( ws_scheme_mom )  THEN
469                CALL advec_w_ws( i, j, i_omp_start, tn )
470             ELSE
471                CALL advec_w_pw( i, j )
472             END IF
473          ELSE
474             CALL advec_w_up( i, j )
475          ENDIF
[1001]476          CALL diffusion_w( i, j )
[736]477          CALL coriolis( i, j, 3 )
[940]478
479          IF ( .NOT. neutral )  THEN
480             IF ( ocean )  THEN
[1179]481                CALL buoyancy( i, j, rho, 3 )
[736]482             ELSE
[940]483                IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]484                   CALL buoyancy( i, j, pt, 3 )
[940]485                ELSE
[1179]486                   CALL buoyancy( i, j, vpt, 3 )
[940]487                ENDIF
[736]488             ENDIF
489          ENDIF
490
491!
492!--       Drag by plant canopy
493          IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 3 )
494
495          CALL user_actions( i, j, 'w-tendency' )
496
497!
498!--       Prognostic equation for w-velocity component
499          DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1001]500             w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
501                                               tsc(3) * tw_m(k,j,i) )          &
502                                   - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
[736]503          ENDDO
504
505!
506!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
507          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
508             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
509                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
510                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
511                ENDDO
512             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
513                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
514                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1337]515                   tw_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tw_m(k,j,i)
[736]516                ENDDO
517             ENDIF
518          ENDIF
[1361]519
[736]520!
[940]521!--       If required, compute prognostic equation for potential temperature
522          IF ( .NOT. neutral )  THEN
523!
524!--          Tendency terms for potential temperature
[1337]525             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]526             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[940]527                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
528                      CALL advec_s_ws( i, j, pt, 'pt', flux_s_pt, diss_s_pt, &
529                                       flux_l_pt, diss_l_pt, i_omp_start, tn )
530                   ELSE
531                      CALL advec_s_pw( i, j, pt )
532                   ENDIF
533             ELSE
534                CALL advec_s_up( i, j, pt )
535             ENDIF
[1001]536             CALL diffusion_s( i, j, pt, shf, tswst, wall_heatflux )
[736]537
538!
[940]539!--          If required compute heating/cooling due to long wave radiation
540!--          processes
541             IF ( radiation )  THEN
542                CALL calc_radiation( i, j )
543             ENDIF
[736]544
[1106]545!
[1361]546!--          If required compute impact of latent heat due to precipitation
547             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.              &
548                  precipitation )  THEN
549                CALL impact_of_latent_heat( i, j ) 
[940]550             ENDIF
[736]551
552!
[940]553!--          Consideration of heat sources within the plant canopy
[1337]554             IF ( plant_canopy  .AND.  cthf /= 0.0_wp )  THEN
[940]555                CALL plant_canopy_model( i, j, 4 )
556             ENDIF
[736]557
[940]558!
[1365]559!--          Large scale advection
560             IF ( large_scale_forcing )  THEN
561                CALL ls_advec( i, j, simulated_time, 'pt' )
562             ENDIF     
563
564!
[1380]565!--          Nudging
566             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'pt' ) 
567
568!
[1106]569!--          If required, compute effect of large-scale subsidence/ascent
[1365]570             IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                &
571                  .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
572                CALL subsidence( i, j, tend, pt, pt_init, 2 )
[940]573             ENDIF
[736]574
[940]575             CALL user_actions( i, j, 'pt-tendency' )
[736]576
577!
[940]578!--          Prognostic equation for potential temperature
579             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]580                pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +     &
581                                                    tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
582                                        - tsc(5) * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
583                                          ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )
[940]584             ENDDO
[736]585
586!
[940]587!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
588             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
589                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
590                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
591                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
592                   ENDDO
593                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
594                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
595                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]596                      tpt_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
597                                      5.3125_wp * tpt_m(k,j,i)
[940]598                   ENDDO
599                ENDIF
[736]600             ENDIF
[940]601
[736]602          ENDIF
603
604!
605!--       If required, compute prognostic equation for salinity
606          IF ( ocean )  THEN
607
608!
609!--          Tendency-terms for salinity
[1337]610             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]611             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) &
[736]612             THEN
613                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
614                    CALL advec_s_ws( i, j, sa, 'sa', flux_s_sa,  &
615                                diss_s_sa, flux_l_sa, diss_l_sa, i_omp_start, tn  )
616                ELSE
617                    CALL advec_s_pw( i, j, sa )
618                ENDIF
619             ELSE
620                CALL advec_s_up( i, j, sa )
621             ENDIF
[1001]622             CALL diffusion_s( i, j, sa, saswsb, saswst, wall_salinityflux )
[736]623
624             CALL user_actions( i, j, 'sa-tendency' )
625
626!
627!--          Prognostic equation for salinity
628             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]629                sa_p(k,j,i) = sa(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +     &
630                                                    tsc(3) * tsa_m(k,j,i) )    &
631                                        - tsc(5) * rdf_sc(k) *                 &
632                                          ( sa(k,j,i) - sa_init(k) )
[1337]633                IF ( sa_p(k,j,i) < 0.0_wp )  sa_p(k,j,i) = 0.1_wp * sa(k,j,i)
[736]634             ENDDO
635
636!
637!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
638             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
639                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
640                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
641                      tsa_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
642                   ENDDO
643                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
644                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
645                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]646                      tsa_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
647                                      5.3125_wp * tsa_m(k,j,i)
[736]648                   ENDDO
649                ENDIF
650             ENDIF
651
652!
653!--          Calculate density by the equation of state for seawater
654             CALL eqn_state_seawater( i, j )
655
656          ENDIF
657
658!
659!--       If required, compute prognostic equation for total water content /
660!--       scalar
661          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
662
663!
664!--          Tendency-terms for total water content / scalar
[1337]665             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]666             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) &
[736]667             THEN
668                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
669                   CALL advec_s_ws( i, j, q, 'q', flux_s_q, & 
670                                diss_s_q, flux_l_q, diss_l_q, i_omp_start, tn )
671                ELSE
672                   CALL advec_s_pw( i, j, q )
673                ENDIF
674             ELSE
675                CALL advec_s_up( i, j, q )
676             ENDIF
[1001]677             CALL diffusion_s( i, j, q, qsws, qswst, wall_qflux )
[1053]678     
[736]679!
[1361]680!--          If required compute decrease of total water content due to
681!--          precipitation
682             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.              &
683                  precipitation )  THEN
684                CALL calc_precipitation( i, j )             
[736]685             ENDIF
686!
687!--          Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
[1106]688             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 5 )
[736]689
[1053]690!
[1365]691!--          Large scale advection
692             IF ( large_scale_forcing )  THEN
693                CALL ls_advec( i, j, simulated_time, 'q' )
694             ENDIF
695
696!
[1380]697!--          Nudging
698             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'q' ) 
699
700!
[736]701!--          If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]702             IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                &
703                  .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
704                CALL subsidence( i, j, tend, q, q_init, 3 )
[736]705             ENDIF
706
707             CALL user_actions( i, j, 'q-tendency' )
708
709!
710!--          Prognostic equation for total water content / scalar
711             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]712                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
713                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
714                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
715                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
[1337]716                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0_wp )  q_p(k,j,i) = 0.1_wp * q(k,j,i)
[736]717             ENDDO
718
719!
720!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
721             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
722                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
723                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
724                      tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
725                   ENDDO
726                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
727                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
728                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]729                      tq_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
730                                     5.3125_wp * tq_m(k,j,i)
[736]731                   ENDDO
732                ENDIF
733             ENDIF
734
[1053]735!
736!--          If required, calculate prognostic equations for rain water content
737!--          and rain drop concentration
[1115]738             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
739                  precipitation )  THEN
[1053]740!
741!--             Calculate prognostic equation for rain water content
[1337]742                tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]743                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) &
744                THEN
745                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
746                      CALL advec_s_ws( i, j, qr, 'qr', flux_s_qr,       & 
747                                       diss_s_qr, flux_l_qr, diss_l_qr, &
748                                       i_omp_start, tn )
749                   ELSE
750                      CALL advec_s_pw( i, j, qr )
751                   ENDIF
752                ELSE
753                   CALL advec_s_up( i, j, qr )
754                ENDIF
755                CALL diffusion_s( i, j, qr, qrsws, qrswst, wall_qrflux )
756
[1115]757                CALL user_actions( i, j, 'qr-tendency' )
[1053]758!
759!--             Prognostic equation for rain water content
760                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1115]761                   qr_p(k,j,i) = qr(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +  &
762                                                       tsc(3) * tqr_m(k,j,i) ) &
763                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * qr(k,j,i)
[1337]764                   IF ( qr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  qr_p(k,j,i) = 0.0_wp
[1053]765                ENDDO
766!
767!--             Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
768                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
769                   IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
770                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
771                         tqr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
772                      ENDDO
773                   ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
774                            intermediate_timestep_count_max )  THEN
775                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]776                         tqr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
777                                        5.3125_wp * tqr_m(k,j,i)
[1053]778                      ENDDO
779                   ENDIF
780                ENDIF
781
782!
783!--             Calculate prognostic equation for rain drop concentration.
[1337]784                tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]785                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
786                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
[1115]787                      CALL advec_s_ws( i, j, nr, 'nr', flux_s_nr,    & 
788                                    diss_s_nr, flux_l_nr, diss_l_nr, &
789                                    i_omp_start, tn )
[1053]790                   ELSE
791                      CALL advec_s_pw( i, j, nr )
792                   ENDIF
793                ELSE
794                   CALL advec_s_up( i, j, nr )
795                ENDIF
796                CALL diffusion_s( i, j, nr, nrsws, nrswst, wall_nrflux )
797
[1115]798                CALL user_actions( i, j, 'nr-tendency' )
[1053]799!
800!--             Prognostic equation for rain drop concentration
801                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1115]802                   nr_p(k,j,i) = nr(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +  &
803                                                       tsc(3) * tnr_m(k,j,i) ) &
804                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * nr(k,j,i)
[1337]805                   IF ( nr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  nr_p(k,j,i) = 0.0_wp
[1053]806                ENDDO
807!
808!--             Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
809                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
810                   IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
811                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
812                         tnr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
813                      ENDDO
814                   ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
815                            intermediate_timestep_count_max )  THEN
816                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]817                         tnr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
818                                        5.3125_wp * tnr_m(k,j,i)
[1053]819                      ENDDO
820                   ENDIF
821                ENDIF
822
823             ENDIF
824
[1128]825          ENDIF
826
[736]827!
828!--       If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
829!--       energy (TKE)
830          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
831
832!
833!--          Tendency-terms for TKE
[1337]834             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1332]835             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge'  &
836                 .AND.  .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
[736]837                 IF ( ws_scheme_sca )  THEN
[1001]838                     CALL advec_s_ws( i, j, e, 'e', flux_s_e, diss_s_e, &
839                                      flux_l_e, diss_l_e , i_omp_start, tn )
[736]840                 ELSE
841                     CALL advec_s_pw( i, j, e )
842                 ENDIF
843             ELSE
844                CALL advec_s_up( i, j, e )
845             ENDIF
[1001]846             IF ( .NOT. humidity )  THEN
847                IF ( ocean )  THEN
848                   CALL diffusion_e( i, j, prho, prho_reference )
[736]849                ELSE
[1001]850                   CALL diffusion_e( i, j, pt, pt_reference )
[736]851                ENDIF
852             ELSE
[1001]853                CALL diffusion_e( i, j, vpt, pt_reference )
[736]854             ENDIF
855             CALL production_e( i, j )
856
857!
858!--          Additional sink term for flows through plant canopies
859             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 6 ) 
860
861             CALL user_actions( i, j, 'e-tendency' )
862
863!
864!--          Prognostic equation for TKE.
865!--          Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
866!--          reasons in the course of the integration. In such cases the old
867!--          TKE value is reduced by 90%.
868             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]869                e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
870                                                  tsc(3) * te_m(k,j,i) )
[1337]871                IF ( e_p(k,j,i) < 0.0_wp )  e_p(k,j,i) = 0.1_wp * e(k,j,i)
[736]872             ENDDO
873
874!
875!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
876             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
877                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
878                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
879                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
880                   ENDDO
881                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
882                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
883                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]884                      te_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
885                                     5.3125_wp * te_m(k,j,i)
[736]886                   ENDDO
887                ENDIF
888             ENDIF
889
890          ENDIF   ! TKE equation
891
892       ENDDO
893    ENDDO
894!$OMP END PARALLEL
895
896    CALL cpu_log( log_point(32), 'all progn.equations', 'stop' )
897
898
899 END SUBROUTINE prognostic_equations_cache
900
901
902 SUBROUTINE prognostic_equations_vector
903
904!------------------------------------------------------------------------------!
905! Version for vector machines
906!------------------------------------------------------------------------------!
907
908    IMPLICIT NONE
909
[1320]910    INTEGER(iwp) ::  i    !:
911    INTEGER(iwp) ::  j    !:
912    INTEGER(iwp) ::  k    !:
[736]913
[1320]914    REAL(wp)     ::  sbt  !:
[736]915
[1320]916
[736]917!
[1361]918!-- If required, calculate cloud microphysical impacts (two-moment scheme)
919    IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.                       &
920         ( intermediate_timestep_count == 1  .OR.                              &
921           call_microphysics_at_all_substeps )                                 &
922       )  THEN
923       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'start' )
924       CALL microphysics_control
925       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'stop' )
926    ENDIF
927
928!
[736]929!-- u-velocity component
930    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'start' )
931
[1337]932    tend = 0.0_wp
[1001]933    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]934       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
935          CALL advec_u_ws
936       ELSE
937          CALL advec_u_pw
938       ENDIF
939    ELSE
[1001]940       CALL advec_u_up
[736]941    ENDIF
[1001]942    CALL diffusion_u
[736]943    CALL coriolis( 1 )
[940]944    IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]945       CALL buoyancy( pt, 1 )
[940]946    ENDIF
[736]947
948!
949!-- Drag by plant canopy
950    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 1 )
951
952!
953!-- External pressure gradient
954    IF ( dp_external )  THEN
955       DO  i = nxlu, nxr
956          DO  j = nys, nyn
957             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
958                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
959             ENDDO
960          ENDDO
961       ENDDO
962    ENDIF
963
[1241]964!
965!-- Nudging
966    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'u' ) 
967
[736]968    CALL user_actions( 'u-tendency' )
969
970!
971!-- Prognostic equation for u-velocity component
972    DO  i = nxlu, nxr
973       DO  j = nys, nyn
974          DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1001]975             u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
976                                               tsc(3) * tu_m(k,j,i) )          &
977                                   - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - ug(k) )
[736]978          ENDDO
979       ENDDO
980    ENDDO
981
982!
983!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
984    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
985       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
986          DO  i = nxlu, nxr
987             DO  j = nys, nyn
988                DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
989                   tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
990                ENDDO
991             ENDDO
992          ENDDO
993       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
994                intermediate_timestep_count_max )  THEN
995          DO  i = nxlu, nxr
996             DO  j = nys, nyn
997                DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1337]998                   tu_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tu_m(k,j,i)
[736]999                ENDDO
1000             ENDDO
1001          ENDDO
1002       ENDIF
1003    ENDIF
1004
1005    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'stop' )
1006
1007!
1008!-- v-velocity component
1009    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'start' )
1010
[1337]1011    tend = 0.0_wp
[1001]1012    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1013       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1014          CALL advec_v_ws
1015       ELSE
1016          CALL advec_v_pw
1017       END IF
1018    ELSE
[1001]1019       CALL advec_v_up
[736]1020    ENDIF
[1001]1021    CALL diffusion_v
[736]1022    CALL coriolis( 2 )
1023
1024!
1025!-- Drag by plant canopy
1026    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 2 )
1027
1028!
1029!-- External pressure gradient
1030    IF ( dp_external )  THEN
1031       DO  i = nxl, nxr
1032          DO  j = nysv, nyn
1033             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1034                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
1035             ENDDO
1036          ENDDO
1037       ENDDO
1038    ENDIF
1039
[1241]1040!
1041!-- Nudging
1042    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'v' ) 
1043
[736]1044    CALL user_actions( 'v-tendency' )
1045
1046!
1047!-- Prognostic equation for v-velocity component
1048    DO  i = nxl, nxr
1049       DO  j = nysv, nyn
1050          DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1051             v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
1052                                               tsc(3) * tv_m(k,j,i) )          &
1053                                   - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - vg(k) )
[736]1054          ENDDO
1055       ENDDO
1056    ENDDO
1057
1058!
1059!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1060    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1061       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1062          DO  i = nxl, nxr
1063             DO  j = nysv, nyn
1064                DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
1065                   tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1066                ENDDO
1067             ENDDO
1068          ENDDO
1069       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1070                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1071          DO  i = nxl, nxr
1072             DO  j = nysv, nyn
1073                DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1074                   tv_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tv_m(k,j,i)
[736]1075                ENDDO
1076             ENDDO
1077          ENDDO
1078       ENDIF
1079    ENDIF
1080
1081    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'stop' )
1082
1083!
1084!-- w-velocity component
1085    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'start' )
1086
[1353]1087    tend = 0.0_wp
[1001]1088    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1089       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1090          CALL advec_w_ws
1091       ELSE
1092          CALL advec_w_pw
1093       ENDIF
1094    ELSE
[1001]1095       CALL advec_w_up
[736]1096    ENDIF
[1001]1097    CALL diffusion_w
[736]1098    CALL coriolis( 3 )
[940]1099
1100    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1101       IF ( ocean )  THEN
[1179]1102          CALL buoyancy( rho, 3 )
[736]1103       ELSE
[940]1104          IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]1105             CALL buoyancy( pt, 3 )
[940]1106          ELSE
[1179]1107             CALL buoyancy( vpt, 3 )
[940]1108          ENDIF
[736]1109       ENDIF
1110    ENDIF
1111
1112!
1113!-- Drag by plant canopy
1114    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 3 )
1115
1116    CALL user_actions( 'w-tendency' )
1117
1118!
1119!-- Prognostic equation for w-velocity component
1120    DO  i = nxl, nxr
1121       DO  j = nys, nyn
1122          DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1001]1123             w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
1124                                               tsc(3) * tw_m(k,j,i) )          &
1125                                   - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
[736]1126          ENDDO
1127       ENDDO
1128    ENDDO
1129
1130!
1131!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1132    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1133       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1134          DO  i = nxl, nxr
1135             DO  j = nys, nyn
1136                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
1137                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1138                ENDDO
1139             ENDDO
1140          ENDDO
1141       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1142                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1143          DO  i = nxl, nxr
1144             DO  j = nys, nyn
1145                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1337]1146                   tw_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tw_m(k,j,i)
[736]1147                ENDDO
1148             ENDDO
1149          ENDDO
1150       ENDIF
1151    ENDIF
1152
1153    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'stop' )
1154
[940]1155
[736]1156!
[940]1157!-- If required, compute prognostic equation for potential temperature
1158    IF ( .NOT. neutral )  THEN
[736]1159
[940]1160       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'start' )
1161
[736]1162!
[940]1163!--    pt-tendency terms with communication
1164       sbt = tsc(2)
1165       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
[736]1166
[940]1167          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
[736]1168!
[1001]1169!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1353]1170             sbt = 1.0_wp
[940]1171          ENDIF
[1337]1172          tend = 0.0_wp
[940]1173          CALL advec_s_bc( pt, 'pt' )
[1001]1174
[736]1175       ENDIF
[940]1176
1177!
1178!--    pt-tendency terms with no communication
[1001]1179       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]1180          tend = 0.0_wp
[1001]1181          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[940]1182             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1183                CALL advec_s_ws( pt, 'pt' )
1184             ELSE
1185                CALL advec_s_pw( pt )
1186             ENDIF
1187          ELSE
[1001]1188             CALL advec_s_up( pt )
[940]1189          ENDIF
[736]1190       ENDIF
1191
[1001]1192       CALL diffusion_s( pt, shf, tswst, wall_heatflux )
1193
[736]1194!
[940]1195!--    If required compute heating/cooling due to long wave radiation processes
1196       IF ( radiation )  THEN
1197          CALL calc_radiation
1198       ENDIF
[736]1199
1200!
[940]1201!--    If required compute impact of latent heat due to precipitation
[1361]1202       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.  precipitation )  THEN
[940]1203          CALL impact_of_latent_heat
1204       ENDIF
[736]1205
1206!
[940]1207!--    Consideration of heat sources within the plant canopy
[1337]1208       IF ( plant_canopy .AND. ( cthf /= 0.0_wp ) ) THEN
[940]1209          CALL plant_canopy_model( 4 )
1210       ENDIF
[736]1211
[940]1212!
[1365]1213!--    Large scale advection
1214       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1215          CALL ls_advec( simulated_time, 'pt' )
1216       ENDIF
1217
1218!
[1380]1219!--    Nudging
1220       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'pt' ) 
1221
1222!
[940]1223!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]1224       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
1225            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
1226          CALL subsidence( tend, pt, pt_init, 2 )
[940]1227       ENDIF
[736]1228
[940]1229       CALL user_actions( 'pt-tendency' )
[736]1230
1231!
[940]1232!--    Prognostic equation for potential temperature
1233       DO  i = nxl, nxr
1234          DO  j = nys, nyn
1235             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1236                pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1237                                                    tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
1238                                        - tsc(5) * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
1239                                          ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )
[940]1240             ENDDO
[736]1241          ENDDO
1242       ENDDO
1243
1244!
[940]1245!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1246       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1247          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1248             DO  i = nxl, nxr
1249                DO  j = nys, nyn
1250                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1251                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1252                   ENDDO
[736]1253                ENDDO
1254             ENDDO
[940]1255          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1256                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1257             DO  i = nxl, nxr
1258                DO  j = nys, nyn
1259                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1260                      tpt_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
1261                                      5.3125_wp * tpt_m(k,j,i)
[940]1262                   ENDDO
[736]1263                ENDDO
1264             ENDDO
[940]1265          ENDIF
[736]1266       ENDIF
[940]1267
1268       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'stop' )
1269
[736]1270    ENDIF
1271
1272!
1273!-- If required, compute prognostic equation for salinity
1274    IF ( ocean )  THEN
1275
1276       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'start' )
1277
1278!
1279!--    sa-tendency terms with communication
1280       sbt = tsc(2)
1281       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1282
1283          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1284!
[1001]1285!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1353]1286             sbt = 1.0_wp
[736]1287          ENDIF
[1337]1288          tend = 0.0_wp
[736]1289          CALL advec_s_bc( sa, 'sa' )
[1001]1290
[736]1291       ENDIF
1292
1293!
1294!--    sa-tendency terms with no communication
[1001]1295       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1353]1296          tend = 0.0_wp
[1001]1297          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1298             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1299                 CALL advec_s_ws( sa, 'sa' )
1300             ELSE
1301                 CALL advec_s_pw( sa )
1302             ENDIF
1303          ELSE
[1001]1304             CALL advec_s_up( sa )
[736]1305          ENDIF
1306       ENDIF
[1001]1307
1308       CALL diffusion_s( sa, saswsb, saswst, wall_salinityflux )
[736]1309       
1310       CALL user_actions( 'sa-tendency' )
1311
1312!
1313!--    Prognostic equation for salinity
1314       DO  i = nxl, nxr
1315          DO  j = nys, nyn
1316             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1317                sa_p(k,j,i) = sa(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1318                                                    tsc(3) * tsa_m(k,j,i) )    &
1319                                        - tsc(5) * rdf_sc(k) *                 &
1320                                          ( sa(k,j,i) - sa_init(k) )
[1337]1321                IF ( sa_p(k,j,i) < 0.0_wp )  sa_p(k,j,i) = 0.1_wp * sa(k,j,i)
[736]1322             ENDDO
1323          ENDDO
1324       ENDDO
1325
1326!
1327!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1328       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1329          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1330             DO  i = nxl, nxr
1331                DO  j = nys, nyn
1332                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1333                      tsa_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1334                   ENDDO
1335                ENDDO
1336             ENDDO
1337          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1338                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1339             DO  i = nxl, nxr
1340                DO  j = nys, nyn
1341                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1342                      tsa_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
1343                                      5.3125_wp * tsa_m(k,j,i)
[736]1344                   ENDDO
1345                ENDDO
1346             ENDDO
1347          ENDIF
1348       ENDIF
1349
1350       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'stop' )
1351
1352!
1353!--    Calculate density by the equation of state for seawater
1354       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'start' )
1355       CALL eqn_state_seawater
1356       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'stop' )
1357
1358    ENDIF
1359
1360!
1361!-- If required, compute prognostic equation for total water content / scalar
1362    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1363
1364       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'start' )
1365
1366!
1367!--    Scalar/q-tendency terms with communication
1368       sbt = tsc(2)
1369       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1370
1371          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1372!
[1001]1373!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]1374             sbt = 1.0_wp
[736]1375          ENDIF
[1337]1376          tend = 0.0_wp
[736]1377          CALL advec_s_bc( q, 'q' )
[1001]1378
[736]1379       ENDIF
1380
1381!
1382!--    Scalar/q-tendency terms with no communication
[1001]1383       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]1384          tend = 0.0_wp
[1001]1385          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1386             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1387                CALL advec_s_ws( q, 'q' )
1388             ELSE
1389                CALL advec_s_pw( q )
1390             ENDIF
1391          ELSE
[1001]1392             CALL advec_s_up( q )
[736]1393          ENDIF
1394       ENDIF
[1001]1395
1396       CALL diffusion_s( q, qsws, qswst, wall_qflux )
[736]1397       
1398!
1399!--    If required compute decrease of total water content due to
1400!--    precipitation
[1361]1401       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.  precipitation )  THEN
[736]1402          CALL calc_precipitation
1403       ENDIF
1404
1405!
1406!--    Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
1407       IF ( plant_canopy ) CALL plant_canopy_model( 5 )
[1365]1408
[736]1409!
[1365]1410!--    Large scale advection
1411       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1412          CALL ls_advec( simulated_time, 'q' )
1413       ENDIF
1414
1415!
[1380]1416!--    Nudging
1417       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'q' ) 
1418
1419!
[736]1420!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]1421       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
1422            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
1423         CALL subsidence( tend, q, q_init, 3 )
[736]1424       ENDIF
1425
1426       CALL user_actions( 'q-tendency' )
1427
1428!
1429!--    Prognostic equation for total water content / scalar
1430       DO  i = nxl, nxr
1431          DO  j = nys, nyn
1432             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1433                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
1434                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
1435                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
1436                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
[1337]1437                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0_wp )  q_p(k,j,i) = 0.1_wp * q(k,j,i)
[736]1438             ENDDO
1439          ENDDO
1440       ENDDO
1441
1442!
1443!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1444       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1445          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1446             DO  i = nxl, nxr
1447                DO  j = nys, nyn
1448                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1449                      tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1450                   ENDDO
1451                ENDDO
1452             ENDDO
1453          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1454                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1455             DO  i = nxl, nxr
1456                DO  j = nys, nyn
1457                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1458                      tq_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tq_m(k,j,i)
[736]1459                   ENDDO
1460                ENDDO
1461             ENDDO
1462          ENDIF
1463       ENDIF
1464
1465       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'stop' )
1466
[1361]1467!
1468!--    If required, calculate prognostic equations for rain water content
1469!--    and rain drop concentration
1470       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  precipitation )  THEN
1471
1472          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'start' )
1473
1474!
1475!--       Calculate prognostic equation for rain water content
1476          sbt = tsc(2)
1477          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1478
1479             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1480!
1481!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1482                sbt = 1.0_wp
1483             ENDIF
1484             tend = 0.0_wp
1485             CALL advec_s_bc( qr, 'qr' )
1486
1487          ENDIF
1488
1489!
1490!--       qr-tendency terms with no communication
1491          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1492             tend = 0.0_wp
1493             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1494                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1495                   CALL advec_s_ws( qr, 'qr' )
1496                ELSE
1497                   CALL advec_s_pw( qr )
1498                ENDIF
1499             ELSE
1500                CALL advec_s_up( qr )
1501             ENDIF
1502          ENDIF
1503
1504          CALL diffusion_s( qr, qrsws, qrswst, wall_qrflux )
1505
1506          CALL user_actions( 'qr-tendency' )
1507
1508!
1509!--       Prognostic equation for rain water content
1510          DO  i = nxl, nxr
1511             DO  j = nys, nyn
1512                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1513                   qr_p(k,j,i) = qr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
1514                                                     tsc(3) * tqr_m(k,j,i) )   &
1515                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * qr(k,j,i)
1516                   IF ( qr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  qr_p(k,j,i) = 0.0_wp
1517                ENDDO
1518             ENDDO
1519          ENDDO
1520
1521!
1522!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1523          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1524             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1525                DO  i = nxl, nxr
1526                   DO  j = nys, nyn
1527                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1528                         tqr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1529                      ENDDO
1530                   ENDDO
1531                ENDDO
1532             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1533                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
1534                DO  i = nxl, nxr
1535                   DO  j = nys, nyn
1536                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1537                         tqr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * &
1538                                                                   tqr_m(k,j,i)
1539                      ENDDO
1540                   ENDDO
1541                ENDDO
1542             ENDIF
1543          ENDIF
1544
1545          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'stop' )
1546          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'start' )
1547
1548!
1549!--       Calculate prognostic equation for rain drop concentration
1550          sbt = tsc(2)
1551          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1552
1553             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1554!
1555!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1556                sbt = 1.0_wp
1557             ENDIF
1558             tend = 0.0_wp
1559             CALL advec_s_bc( nr, 'nr' )
1560
1561          ENDIF
1562
1563!
1564!--       nr-tendency terms with no communication
1565          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1566             tend = 0.0_wp
1567             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1568                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1569                   CALL advec_s_ws( nr, 'nr' )
1570                ELSE
1571                   CALL advec_s_pw( nr )
1572                ENDIF
1573             ELSE
1574                CALL advec_s_up( nr )
1575             ENDIF
1576          ENDIF
1577
1578          CALL diffusion_s( nr, nrsws, nrswst, wall_nrflux )
1579
1580          CALL user_actions( 'nr-tendency' )
1581
1582!
1583!--       Prognostic equation for rain drop concentration
1584          DO  i = nxl, nxr
1585             DO  j = nys, nyn
1586                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1587                   nr_p(k,j,i) = nr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
1588                                                     tsc(3) * tnr_m(k,j,i) )   &
1589                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * nr(k,j,i)
1590                   IF ( nr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  nr_p(k,j,i) = 0.0_wp
1591                ENDDO
1592             ENDDO
1593          ENDDO
1594
1595!
1596!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1597          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1598             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1599                DO  i = nxl, nxr
1600                   DO  j = nys, nyn
1601                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1602                         tnr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1603                      ENDDO
1604                   ENDDO
1605                ENDDO
1606             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1607                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
1608                DO  i = nxl, nxr
1609                   DO  j = nys, nyn
1610                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1611                         tnr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * &
1612                                                                   tnr_m(k,j,i)
1613                      ENDDO
1614                   ENDDO
1615                ENDDO
1616             ENDIF
1617          ENDIF
1618
1619          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'stop' )
1620
1621       ENDIF
1622
[736]1623    ENDIF
1624
1625!
1626!-- If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
1627!-- energy (TKE)
1628    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1629
1630       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'start' )
1631
1632       sbt = tsc(2)
1633       IF ( .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
1634          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1635
1636             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1637!
[1001]1638!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]1639                sbt = 1.0_wp
[736]1640             ENDIF
[1337]1641             tend = 0.0_wp
[736]1642             CALL advec_s_bc( e, 'e' )
[1001]1643
[736]1644          ENDIF
1645       ENDIF
1646
1647!
1648!--    TKE-tendency terms with no communication
[1001]1649       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme'  .OR.  use_upstream_for_tke )  THEN
[736]1650          IF ( use_upstream_for_tke )  THEN
[1337]1651             tend = 0.0_wp
[736]1652             CALL advec_s_up( e )
1653          ELSE
[1337]1654             tend = 0.0_wp
[1001]1655             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1656                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1657                   CALL advec_s_ws( e, 'e' )
1658                ELSE
1659                   CALL advec_s_pw( e )
1660                ENDIF
1661             ELSE
[1001]1662                CALL advec_s_up( e )
[736]1663             ENDIF
1664          ENDIF
[1001]1665       ENDIF
1666
1667       IF ( .NOT. humidity )  THEN
1668          IF ( ocean )  THEN
1669             CALL diffusion_e( prho, prho_reference )
[736]1670          ELSE
[1001]1671             CALL diffusion_e( pt, pt_reference )
[736]1672          ENDIF
[1001]1673       ELSE
1674          CALL diffusion_e( vpt, pt_reference )
[736]1675       ENDIF
[1001]1676
[736]1677       CALL production_e
1678
1679!
1680!--    Additional sink term for flows through plant canopies
1681       IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 6 )
1682       CALL user_actions( 'e-tendency' )
1683
1684!
1685!--    Prognostic equation for TKE.
1686!--    Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
1687!--    reasons in the course of the integration. In such cases the old TKE
1688!--    value is reduced by 90%.
1689       DO  i = nxl, nxr
1690          DO  j = nys, nyn
1691             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1692                e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
1693                                                  tsc(3) * te_m(k,j,i) )
[1337]1694                IF ( e_p(k,j,i) < 0.0_wp )  e_p(k,j,i) = 0.1_wp * e(k,j,i)
[736]1695             ENDDO
1696          ENDDO
1697       ENDDO
1698
1699!
1700!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1701       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1702          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1703             DO  i = nxl, nxr
1704                DO  j = nys, nyn
1705                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1706                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1707                   ENDDO
1708                ENDDO
1709             ENDDO
1710          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1711                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1712             DO  i = nxl, nxr
1713                DO  j = nys, nyn
1714                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1715                      te_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * te_m(k,j,i)
[736]1716                   ENDDO
1717                ENDDO
1718             ENDDO
1719          ENDIF
1720       ENDIF
1721
1722       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'stop' )
1723
1724    ENDIF
1725
1726 END SUBROUTINE prognostic_equations_vector
1727
1728
[1015]1729 SUBROUTINE prognostic_equations_acc
1730
1731!------------------------------------------------------------------------------!
1732! Version for accelerator boards
1733!------------------------------------------------------------------------------!
1734
1735    IMPLICIT NONE
1736
[1320]1737    INTEGER(iwp) ::  i           !:
1738    INTEGER(iwp) ::  j           !:
1739    INTEGER(iwp) ::  k           !:
1740    INTEGER(iwp) ::  runge_step  !:
[1015]1741
[1320]1742    REAL(wp)     ::  sbt         !:
1743
[1015]1744!
1745!-- Set switch for intermediate Runge-Kutta step
1746    runge_step = 0
1747    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1748       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1749          runge_step = 1
1750       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1751                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1752          runge_step = 2
1753       ENDIF
1754    ENDIF
1755
1756!
[1361]1757!-- If required, calculate cloud microphysical impacts (two-moment scheme)
1758    IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.                       &
1759         ( intermediate_timestep_count == 1  .OR.                              &
1760           call_microphysics_at_all_substeps )                                 &
1761       )  THEN
1762       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'start' )
1763       CALL microphysics_control
1764       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'stop' )
1765    ENDIF
1766
1767!
[1015]1768!-- u-velocity component
[1374]1769!++ Statistics still not completely ported to accelerators
[1179]1770    !$acc update device( hom, ref_state )
[1015]1771    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'start' )
1772
1773    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1774       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1775          CALL advec_u_ws_acc
1776       ELSE
[1337]1777          tend = 0.0_wp   ! to be removed later??
[1015]1778          CALL advec_u_pw
1779       ENDIF
1780    ELSE
1781       CALL advec_u_up
1782    ENDIF
1783    CALL diffusion_u_acc
1784    CALL coriolis_acc( 1 )
1785    IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]1786       CALL buoyancy( pt, 1 )
[1015]1787    ENDIF
1788
1789!
1790!-- Drag by plant canopy
1791    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 1 )
1792
1793!
1794!-- External pressure gradient
1795    IF ( dp_external )  THEN
[1128]1796       DO  i = i_left, i_right
1797          DO  j = j_south, j_north
[1015]1798             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1799                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
1800             ENDDO
1801          ENDDO
1802       ENDDO
1803    ENDIF
1804
[1246]1805!
1806!-- Nudging
1807    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'u' ) 
1808
[1015]1809    CALL user_actions( 'u-tendency' )
1810
1811!
1812!-- Prognostic equation for u-velocity component
1813    !$acc kernels present( nzb_u_inner, rdf, tend, tu_m, u, ug, u_p )
[1257]1814    !$acc loop independent
[1128]1815    DO  i = i_left, i_right
[1257]1816       !$acc loop independent
[1128]1817       DO  j = j_south, j_north
[1257]1818          !$acc loop independent
[1015]1819          DO  k = 1, nzt
1820             IF ( k > nzb_u_inner(j,i) )  THEN
1821                u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
1822                                                  tsc(3) * tu_m(k,j,i) )       &
1823                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - ug(k) )
1824!
1825!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
1826                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1827                   tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1828                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]1829                   tu_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tu_m(k,j,i)
[1015]1830                ENDIF
1831             ENDIF
1832          ENDDO
1833       ENDDO
1834    ENDDO
1835    !$acc end kernels
1836
1837    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'stop' )
1838
1839!
1840!-- v-velocity component
1841    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'start' )
1842
1843    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1844       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1845          CALL advec_v_ws_acc
1846       ELSE
[1337]1847          tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]1848          CALL advec_v_pw
1849       END IF
1850    ELSE
1851       CALL advec_v_up
1852    ENDIF
1853    CALL diffusion_v_acc
1854    CALL coriolis_acc( 2 )
1855
1856!
1857!-- Drag by plant canopy
1858    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 2 )
1859
1860!
1861!-- External pressure gradient
1862    IF ( dp_external )  THEN
[1128]1863       DO  i = i_left, i_right
1864          DO  j = j_south, j_north
[1015]1865             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1866                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
1867             ENDDO
1868          ENDDO
1869       ENDDO
1870    ENDIF
1871
[1246]1872!
1873!-- Nudging
1874    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'v' ) 
1875
[1015]1876    CALL user_actions( 'v-tendency' )
1877
1878!
1879!-- Prognostic equation for v-velocity component
1880    !$acc kernels present( nzb_v_inner, rdf, tend, tv_m, v, vg, v_p )
[1257]1881    !$acc loop independent
[1128]1882    DO  i = i_left, i_right
[1257]1883       !$acc loop independent
[1128]1884       DO  j = j_south, j_north
[1257]1885          !$acc loop independent
[1015]1886          DO  k = 1, nzt
1887             IF ( k > nzb_v_inner(j,i) )  THEN
1888                v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
1889                                                  tsc(3) * tv_m(k,j,i) )       &
1890                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - vg(k) )
1891!
1892!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
1893                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1894                   tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1895                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]1896                   tv_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tv_m(k,j,i)
[1015]1897                ENDIF
1898             ENDIF
1899          ENDDO
1900       ENDDO
1901    ENDDO
1902    !$acc end kernels
1903
1904    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'stop' )
1905
1906!
1907!-- w-velocity component
1908    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'start' )
1909
1910    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1911       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1912          CALL advec_w_ws_acc
1913       ELSE
[1337]1914          tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]1915          CALL advec_w_pw
1916       ENDIF
1917    ELSE
1918       CALL advec_w_up
1919    ENDIF
1920    CALL diffusion_w_acc
1921    CALL coriolis_acc( 3 )
1922
1923    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1924       IF ( ocean )  THEN
[1179]1925          CALL buoyancy( rho, 3 )
[1015]1926       ELSE
1927          IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]1928             CALL buoyancy_acc( pt, 3 )
[1015]1929          ELSE
[1179]1930             CALL buoyancy( vpt, 3 )
[1015]1931          ENDIF
1932       ENDIF
1933    ENDIF
1934
1935!
1936!-- Drag by plant canopy
1937    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 3 )
1938
1939    CALL user_actions( 'w-tendency' )
1940
1941!
1942!-- Prognostic equation for w-velocity component
1943    !$acc kernels present( nzb_w_inner, rdf, tend, tw_m, w, w_p )
[1257]1944    !$acc loop independent
[1128]1945    DO  i = i_left, i_right
[1257]1946       !$acc loop independent
[1128]1947       DO  j = j_south, j_north
[1257]1948          !$acc loop independent
[1015]1949          DO  k = 1, nzt-1
1950             IF ( k > nzb_w_inner(j,i) )  THEN
1951                w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
1952                                                  tsc(3) * tw_m(k,j,i) )       &
1953                                      - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
1954   !
1955   !--          Tendencies for the next Runge-Kutta step
1956                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1957                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1958                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]1959                   tw_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tw_m(k,j,i)
[1015]1960                ENDIF
1961             ENDIF
1962          ENDDO
1963       ENDDO
1964    ENDDO
1965    !$acc end kernels
1966
1967    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'stop' )
1968
1969
1970!
1971!-- If required, compute prognostic equation for potential temperature
1972    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1973
1974       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'start' )
1975
1976!
1977!--    pt-tendency terms with communication
1978       sbt = tsc(2)
1979       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1980
1981          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1982!
1983!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1353]1984             sbt = 1.0_wp
[1015]1985          ENDIF
[1337]1986          tend = 0.0_wp
[1015]1987          CALL advec_s_bc( pt, 'pt' )
1988
1989       ENDIF
1990
1991!
1992!--    pt-tendency terms with no communication
1993       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]1994          tend = 0.0_wp
[1015]1995          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1996             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1997                CALL advec_s_ws_acc( pt, 'pt' )
1998             ELSE
[1337]1999                tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]2000                CALL advec_s_pw( pt )
2001             ENDIF
2002          ELSE
2003             CALL advec_s_up( pt )
2004          ENDIF
2005       ENDIF
2006
2007       CALL diffusion_s_acc( pt, shf, tswst, wall_heatflux )
2008
2009!
2010!--    If required compute heating/cooling due to long wave radiation processes
2011       IF ( radiation )  THEN
2012          CALL calc_radiation
2013       ENDIF
2014
2015!
2016!--    If required compute impact of latent heat due to precipitation
[1361]2017       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.  precipitation )  THEN
[1015]2018          CALL impact_of_latent_heat
2019       ENDIF
2020
2021!
2022!--    Consideration of heat sources within the plant canopy
[1337]2023       IF ( plant_canopy .AND. ( cthf /= 0.0_wp ) ) THEN
[1015]2024          CALL plant_canopy_model( 4 )
2025       ENDIF
2026
2027!
[1365]2028!--    Large scale advection
2029       IF ( large_scale_forcing )  THEN
2030          CALL ls_advec( simulated_time, 'pt' )
2031       ENDIF
2032
2033!
[1380]2034!--    Nudging
2035       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'pt' ) 
2036
2037!
[1015]2038!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]2039       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
2040            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
2041          CALL subsidence( tend, pt, pt_init, 2 )
[1015]2042       ENDIF
2043
2044       CALL user_actions( 'pt-tendency' )
2045
2046!
2047!--    Prognostic equation for potential temperature
2048       !$acc kernels present( nzb_s_inner, rdf_sc, ptdf_x, ptdf_y, pt_init ) &
2049       !$acc         present( tend, tpt_m, pt, pt_p )
[1257]2050       !$acc loop independent
[1128]2051       DO  i = i_left, i_right
[1257]2052          !$acc loop independent
[1128]2053          DO  j = j_south, j_north
[1257]2054             !$acc loop independent
[1015]2055             DO  k = 1, nzt
2056                IF ( k > nzb_s_inner(j,i) )  THEN
2057                   pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
2058                                                       tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
2059                                           - tsc(5) * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
2060                                             ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )
2061!
2062!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2063                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2064                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2065                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2066                      tpt_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tpt_m(k,j,i)
[1015]2067                   ENDIF
2068                ENDIF
2069             ENDDO
2070          ENDDO
2071       ENDDO
2072       !$acc end kernels
2073
2074       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'stop' )
2075
2076    ENDIF
2077
2078!
2079!-- If required, compute prognostic equation for salinity
2080    IF ( ocean )  THEN
2081
2082       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'start' )
2083
2084!
2085!--    sa-tendency terms with communication
2086       sbt = tsc(2)
2087       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2088
2089          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2090!
2091!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]2092             sbt = 1.0_wp
[1015]2093          ENDIF
[1337]2094          tend = 0.0_wp
[1015]2095          CALL advec_s_bc( sa, 'sa' )
2096
2097       ENDIF
2098
2099!
2100!--    sa-tendency terms with no communication
2101       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]2102          tend = 0.0_wp
[1015]2103          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2104             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2105                 CALL advec_s_ws( sa, 'sa' )
2106             ELSE
2107                 CALL advec_s_pw( sa )
2108             ENDIF
2109          ELSE
2110             CALL advec_s_up( sa )
2111          ENDIF
2112       ENDIF
2113
2114       CALL diffusion_s( sa, saswsb, saswst, wall_salinityflux )
2115
2116       CALL user_actions( 'sa-tendency' )
2117
2118!
2119!--    Prognostic equation for salinity
[1128]2120       DO  i = i_left, i_right
2121          DO  j = j_south, j_north
[1015]2122             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2123                sa_p(k,j,i) = sa(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
2124                                                    tsc(3) * tsa_m(k,j,i) )    &
2125                                        - tsc(5) * rdf_sc(k) *                 &
2126                                          ( sa(k,j,i) - sa_init(k) )
[1337]2127                IF ( sa_p(k,j,i) < 0.0_wp )  sa_p(k,j,i) = 0.1_wp * sa(k,j,i)
[1015]2128!
2129!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
2130                IF ( runge_step == 1 )  THEN
2131                   tsa_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2132                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2133                   tsa_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tsa_m(k,j,i)
[1015]2134                ENDIF
2135             ENDDO
2136          ENDDO
2137       ENDDO
2138
2139       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'stop' )
2140
2141!
2142!--    Calculate density by the equation of state for seawater
2143       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'start' )
2144       CALL eqn_state_seawater
2145       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'stop' )
2146
2147    ENDIF
2148
2149!
2150!-- If required, compute prognostic equation for total water content / scalar
2151    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
2152
2153       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'start' )
2154
2155!
2156!--    Scalar/q-tendency terms with communication
2157       sbt = tsc(2)
2158       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2159
2160          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2161!
2162!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]2163             sbt = 1.0_wp
[1015]2164          ENDIF
[1337]2165          tend = 0.0_wp
[1015]2166          CALL advec_s_bc( q, 'q' )
2167
2168       ENDIF
2169
2170!
2171!--    Scalar/q-tendency terms with no communication
2172       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]2173          tend = 0.0_wp
[1015]2174          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2175             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2176                CALL advec_s_ws( q, 'q' )
2177             ELSE
2178                CALL advec_s_pw( q )
2179             ENDIF
2180          ELSE
2181             CALL advec_s_up( q )
2182          ENDIF
2183       ENDIF
2184
2185       CALL diffusion_s( q, qsws, qswst, wall_qflux )
2186
2187!
2188!--    If required compute decrease of total water content due to
2189!--    precipitation
[1361]2190       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.  precipitation )  THEN
[1015]2191          CALL calc_precipitation
2192       ENDIF
2193
2194!
2195!--    Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
2196       IF ( plant_canopy ) CALL plant_canopy_model( 5 )
2197
2198!
[1365]2199!--    Large scale advection
2200       IF ( large_scale_forcing )  THEN
2201          CALL ls_advec( simulated_time, 'q' )
2202       ENDIF
2203
2204!
[1380]2205!--    Nudging
2206       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'q' ) 
2207
2208!
[1015]2209!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]2210       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
2211            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
2212         CALL subsidence( tend, q, q_init, 3 )
[1015]2213       ENDIF
2214
2215       CALL user_actions( 'q-tendency' )
2216
2217!
2218!--    Prognostic equation for total water content / scalar
[1128]2219       DO  i = i_left, i_right
2220          DO  j = j_south, j_north
[1015]2221             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2222                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
2223                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
2224                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
2225                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
[1337]2226                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0_wp )  q_p(k,j,i) = 0.1_wp * q(k,j,i)
[1015]2227!
2228!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
2229                IF ( runge_step == 1 )  THEN
2230                   tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2231                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2232                   tq_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tq_m(k,j,i)
[1015]2233                ENDIF
2234             ENDDO
2235          ENDDO
2236       ENDDO
2237
2238       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'stop' )
2239
[1361]2240!
2241!--    If required, calculate prognostic equations for rain water content
2242!--    and rain drop concentration
2243       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  precipitation )  THEN
2244
2245          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'start' )
2246!
2247!--       qr-tendency terms with communication
2248          sbt = tsc(2)
2249          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2250
2251             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2252!
2253!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
2254                sbt = 1.0_wp
2255             ENDIF
2256             tend = 0.0_wp
2257             CALL advec_s_bc( qr, 'qr' )
2258
2259          ENDIF
2260
2261!
2262!--       qr-tendency terms with no communication
2263          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
2264             tend = 0.0_wp
2265             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2266                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2267                   CALL advec_s_ws( qr, 'qr' )
2268                ELSE
2269                   CALL advec_s_pw( qr )
2270                ENDIF
2271             ELSE
2272                CALL advec_s_up( qr )
2273             ENDIF
2274          ENDIF
2275
2276          CALL diffusion_s( qr, qrsws, qrswst, wall_qrflux )
2277
2278          CALL user_actions( 'qr-tendency' )
2279
2280!
2281!--       Prognostic equation for rain water content
2282          DO  i = i_left, i_right
2283             DO  j = j_south, j_north
2284                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2285                   qr_p(k,j,i) = qr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
2286                                                       tsc(3) * tqr_m(k,j,i) ) &
2287                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * qr(k,j,i)
2288                   IF ( qr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  qr_p(k,j,i) = 0.0_wp
2289!
2290!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2291                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2292                      tqr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2293                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
2294                      tqr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp *    &
2295                                                                tqr_m(k,j,i)
2296                   ENDIF
2297                ENDDO
2298             ENDDO
2299          ENDDO
2300
2301          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'stop' )
2302          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'start' )
2303
2304!
2305!--       nr-tendency terms with communication
2306          sbt = tsc(2)
2307          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2308
2309             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2310!
2311!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
2312                sbt = 1.0_wp
2313             ENDIF
2314             tend = 0.0_wp
2315             CALL advec_s_bc( nr, 'nr' )
2316
2317          ENDIF
2318
2319!
2320!--       nr-tendency terms with no communication
2321          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
2322             tend = 0.0_wp
2323             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2324                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2325                   CALL advec_s_ws( nr, 'nr' )
2326                ELSE
2327                   CALL advec_s_pw( nr )
2328                ENDIF
2329             ELSE
2330                CALL advec_s_up( nr )
2331             ENDIF
2332          ENDIF
2333
2334          CALL diffusion_s( nr, nrsws, nrswst, wall_nrflux )
2335
2336          CALL user_actions( 'nr-tendency' )
2337
2338!
2339!--       Prognostic equation for rain drop concentration
2340          DO  i = i_left, i_right
2341             DO  j = j_south, j_north
2342                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2343                   nr_p(k,j,i) = nr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
2344                                                       tsc(3) * tnr_m(k,j,i) ) &
2345                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * nr(k,j,i)
2346                   IF ( nr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  nr_p(k,j,i) = 0.0_wp
2347!
2348!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2349                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2350                      tnr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2351                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
2352                      tnr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp *    &
2353                                                                tnr_m(k,j,i)
2354                   ENDIF
2355                ENDDO
2356             ENDDO
2357          ENDDO
2358
2359          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'stop' )
2360
2361       ENDIF
2362
[1015]2363    ENDIF
2364
2365!
2366!-- If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
2367!-- energy (TKE)
2368    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
2369
2370       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'start' )
2371
2372       sbt = tsc(2)
2373       IF ( .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
2374          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2375
2376             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2377!
2378!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]2379                sbt = 1.0_wp
[1015]2380             ENDIF
[1337]2381             tend = 0.0_wp
[1015]2382             CALL advec_s_bc( e, 'e' )
2383
2384          ENDIF
2385       ENDIF
2386
2387!
2388!--    TKE-tendency terms with no communication
2389       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme'  .OR.  use_upstream_for_tke )  THEN
2390          IF ( use_upstream_for_tke )  THEN
[1337]2391             tend = 0.0_wp
[1015]2392             CALL advec_s_up( e )
2393          ELSE
2394             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2395                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2396                   CALL advec_s_ws_acc( e, 'e' )
2397                ELSE
[1337]2398                   tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]2399                   CALL advec_s_pw( e )
2400                ENDIF
2401             ELSE
[1337]2402                tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]2403                CALL advec_s_up( e )
2404             ENDIF
2405          ENDIF
2406       ENDIF
2407
2408       IF ( .NOT. humidity )  THEN
2409          IF ( ocean )  THEN
2410             CALL diffusion_e( prho, prho_reference )
2411          ELSE
2412             CALL diffusion_e_acc( pt, pt_reference )
2413          ENDIF
2414       ELSE
2415          CALL diffusion_e( vpt, pt_reference )
2416       ENDIF
2417
2418       CALL production_e_acc
2419
2420!
2421!--    Additional sink term for flows through plant canopies
2422       IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 6 )
2423       CALL user_actions( 'e-tendency' )
2424
2425!
2426!--    Prognostic equation for TKE.
2427!--    Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
2428!--    reasons in the course of the integration. In such cases the old TKE
2429!--    value is reduced by 90%.
2430       !$acc kernels present( e, e_p, nzb_s_inner, tend, te_m )
[1257]2431       !$acc loop independent
[1128]2432       DO  i = i_left, i_right
[1257]2433          !$acc loop independent
[1128]2434          DO  j = j_south, j_north
[1257]2435             !$acc loop independent
[1015]2436             DO  k = 1, nzt
2437                IF ( k > nzb_s_inner(j,i) )  THEN
2438                   e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
2439                                                     tsc(3) * te_m(k,j,i) )
[1337]2440                   IF ( e_p(k,j,i) < 0.0_wp )  e_p(k,j,i) = 0.1_wp * e(k,j,i)
[1015]2441!
2442!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2443                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2444                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2445                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2446                      te_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * te_m(k,j,i)
[1015]2447                   ENDIF
2448                ENDIF
2449             ENDDO
2450          ENDDO
2451       ENDDO
2452       !$acc end kernels
2453
2454       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'stop' )
2455
2456    ENDIF
2457
2458 END SUBROUTINE prognostic_equations_acc
2459
2460
[736]2461 END MODULE prognostic_equations_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.