source: palm/trunk/SOURCE/prognostic_equations.f90 @ 1743

Last change on this file since 1743 was 1692, checked in by maronga, 9 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 85.5 KB
RevLine 
[1691]1!> @file prognostic_equations.f90
[1036]2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
[1691]16! Copyright 1997-2015 Leibniz Universitaet Hannover
[1036]17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
[736]19! Current revisions:
[1092]20! ------------------
[1692]21!
22!
[1485]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: prognostic_equations.f90 1692 2015-10-26 16:29:17Z raasch $
26!
[1692]27! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
28! Added optional model spin-up without radiation / land surface model calls.
29! Formatting corrections.
30!
[1691]31! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
32! Code annotations made doxygen readable
33!
34! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
[1586]35! Added call for temperature tendency calculation due to radiative flux divergence
36!
[1518]37! 1517 2015-01-07 19:12:25Z hoffmann
38! advec_s_bc_mod addded, since advec_s_bc is now a module
39!
[1517]40! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
[1497]41! Renamed "radiation" -> "cloud_top_radiation"
42!
[1496]43! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
[1484]44! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
45!   parameters cthf and plant_canopy moved to module plant_canopy_model_mod.
46! Removed double-listing of use_upstream_for_tke in ONLY-list of module
47! control_parameters
48!
49! 1409 2014-05-23 12:11:32Z suehring
[1409]50! Bugfix: i_omp_start changed for advec_u_ws at left inflow and outflow boundary.
51! This ensures that left-hand side fluxes are also calculated for nxl in that
52! case, even though the solution at nxl is overwritten in boundary_conds()
53!
54! 1398 2014-05-07 11:15:00Z heinze
[1398]55! Rayleigh-damping for horizontal velocity components changed: instead of damping
56! against ug and vg, damping against u_init and v_init is used to allow for a
57! homogenized treatment in case of nudging
58!
59! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
[1381]60! Change order of calls for scalar prognostic quantities:
61! ls_advec -> nudging -> subsidence since initial profiles
62!
[1380]63! 1374 2014-04-25 12:55:07Z raasch
64! missing variables added to ONLY lists
65!
66! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
[1365]67! Calls of ls_advec for large scale advection added,
68! subroutine subsidence is only called if use_subsidence_tendencies = .F.,
69! new argument ls_index added to the calls of subsidence
70! +ls_index
71!
72! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
[1361]73! Two-moment microphysics moved to the start of prognostic equations. This makes
74! the 3d arrays for tend_q, tend_qr, tend_pt and tend_pt redundant.
75! Additionally, it is allowed to call the microphysics just once during the time
76! step (not at each sub-time step).
77!
78! Two-moment cloud physics added for vector and accelerator optimization.
79!
80! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
[1354]81! REAL constants provided with KIND-attribute
82!
[1353]83! 1337 2014-03-25 15:11:48Z heinze
84! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute
85!
86! 1332 2014-03-25 11:59:43Z suehring
[1333]87! Bugfix: call advec_ws or advec_pw for TKE only if NOT use_upstream_for_tke
88!
[1332]89! 1330 2014-03-24 17:29:32Z suehring
[1331]90! In case of SGS-particle velocity advection of TKE is also allowed with
91! dissipative 5th-order scheme.
92!
[1321]93! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
[1320]94! ONLY-attribute added to USE-statements,
95! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
96! kinds are defined in new module kinds,
97! old module precision_kind is removed,
98! revision history before 2012 removed,
99! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
100! all variable declaration statements
[1054]101!
[1319]102! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
103! module interfaces removed
104!
[1258]105! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
106! openacc loop vector clauses removed, independent clauses added
107!
[1247]108! 1246 2013-11-01 08:59:45Z heinze
109! enable nudging also for accelerator version
110!
[1242]111! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
112! usage of nudging enabled (so far not implemented for accelerator version)
113!
[1182]114! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
115! two arguments removed from routine buoyancy, ref_state updated on device
116!
[1132]117! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
118! those parts requiring global communication moved to time_integration,
119! loop index bounds in accelerator version replaced by i_left, i_right, j_south,
120! j_north
121!
[1116]122! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
123! optimized cloud physics: calculation of microphysical tendencies transfered
124! to microphysics.f90; qr and nr are only calculated if precipitation is required
125!
[1112]126! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
127! update directives for prognostic quantities removed
128!
[1107]129! 1106 2013-03-04 05:31:38Z raasch
130! small changes in code formatting
131!
[1093]132! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
133! unused variables removed
134!
[1054]135! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]136! implementation of two new prognostic equations for rain drop concentration (nr)
137! and rain water content (qr)
[979]138!
[1053]139! currently, only available for cache loop optimization
[1020]140!
[1037]141! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
142! code put under GPL (PALM 3.9)
143!
[1020]144! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
145! non-optimized version of prognostic_equations removed
146!
[1017]147! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
148! new branch prognostic_equations_acc
149! OpenACC statements added + code changes required for GPU optimization
150!
[1002]151! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
152! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
153!
[979]154! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]155! km_damp_x and km_damp_y removed in calls of diffusion_u and diffusion_v
156! add ptdf_x, ptdf_y for damping the potential temperature at the inflow
157! boundary in case of non-cyclic lateral boundaries
158! Bugfix: first thread index changes for WS-scheme at the inflow
[736]159!
[941]160! 940 2012-07-09 14:31:00Z raasch
161! temperature equation can be switched off
162!
[736]163! Revision 1.1  2000/04/13 14:56:27  schroeter
164! Initial revision
165!
166!
167! Description:
168! ------------
[1682]169!> Solving the prognostic equations.
[736]170!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]171 MODULE prognostic_equations_mod
[736]172
[1691]173 
[1682]174
[1320]175    USE arrays_3d,                                                             &
176        ONLY:  diss_l_e, diss_l_nr, diss_l_pt, diss_l_q, diss_l_qr,            &
177               diss_l_sa, diss_s_e, diss_s_nr, diss_s_pt, diss_s_q,            &
178               diss_s_qr, diss_s_sa, e, e_p, flux_s_e, flux_s_nr, flux_s_pt,   &
179               flux_s_q, flux_s_qr, flux_s_sa, flux_l_e, flux_l_nr,            &
180               flux_l_pt, flux_l_q, flux_l_qr, flux_l_sa, nr, nr_p, nrsws,     &
181               nrswst, pt, ptdf_x, ptdf_y, pt_init, pt_p, prho, q, q_init,     &
[1374]182               q_p, qsws, qswst, qr, qr_p, qrsws, qrswst, rdf, rdf_sc,         &
183               ref_state, rho, sa, sa_init, sa_p, saswsb, saswst, shf, tend,   &
184               te_m, tnr_m, tpt_m, tq_m, tqr_m, tsa_m, tswst, tu_m, tv_m,      &
[1398]185               tw_m, u, ug, u_init, u_p, v, vg, vpt, v_init, v_p, w, w_p
[1320]186       
187    USE control_parameters,                                                    &
[1361]188        ONLY:  call_microphysics_at_all_substeps, cloud_physics,               &
[1496]189               cloud_top_radiation, constant_diffusion, dp_external,       &
[1320]190               dp_level_ind_b, dp_smooth_factor, dpdxy, dt_3d, humidity,       &
191               icloud_scheme, inflow_l, intermediate_timestep_count,           &
[1365]192               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
193               large_scale_subsidence, neutral, nudging, ocean, outflow_l,     &
[1484]194               outflow_s, passive_scalar, precipitation,                       &
[1365]195               prho_reference, prho_reference, prho_reference, pt_reference,   &
[1496]196               pt_reference, pt_reference, scalar_advec, scalar_advec,         &
197               simulated_time, sloping_surface,                                &
198               timestep_scheme, tsc, use_subsidence_tendencies,                &
199               use_upstream_for_tke, wall_heatflux,                            &
[1320]200               wall_nrflux, wall_qflux, wall_qflux, wall_qflux, wall_qrflux,   &
201               wall_salinityflux, ws_scheme_mom, ws_scheme_sca
[736]202
[1320]203    USE cpulog,                                                                &
204        ONLY:  cpu_log, log_point
[736]205
[1320]206    USE eqn_state_seawater_mod,                                                &
207        ONLY:  eqn_state_seawater
208
209    USE indices,                                                               &
210        ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nxl, nxlu, nxr, nyn, nys,    &
211               nysv, nzb_s_inner, nzb_u_inner, nzb_v_inner, nzb_w_inner, nzt
212
213    USE advec_ws,                                                              &
214        ONLY:  advec_s_ws, advec_s_ws_acc, advec_u_ws, advec_u_ws_acc,         &
215               advec_v_ws, advec_v_ws_acc, advec_w_ws, advec_w_ws_acc
216
[1517]217    USE advec_s_bc_mod,                                                        &
218        ONLY:  advec_s_bc
219
[1320]220    USE advec_s_pw_mod,                                                        &
221        ONLY:  advec_s_pw
222
223    USE advec_s_up_mod,                                                        &
224        ONLY:  advec_s_up
225
226    USE advec_u_pw_mod,                                                        &
227        ONLY:  advec_u_pw
228
229    USE advec_u_up_mod,                                                        &
230        ONLY:  advec_u_up
231
232    USE advec_v_pw_mod,                                                        &
233        ONLY:  advec_v_pw
234
235    USE advec_v_up_mod,                                                        &
236        ONLY:  advec_v_up
237
238    USE advec_w_pw_mod,                                                        &
239        ONLY:  advec_w_pw
240
241    USE advec_w_up_mod,                                                        &
242        ONLY:  advec_w_up
243
244    USE buoyancy_mod,                                                          &
245        ONLY:  buoyancy, buoyancy_acc
246
247    USE calc_precipitation_mod,                                                &
248        ONLY:  calc_precipitation
249
250    USE calc_radiation_mod,                                                    &
251        ONLY:  calc_radiation
252 
253    USE coriolis_mod,                                                          &
254        ONLY:  coriolis, coriolis_acc
255
256    USE diffusion_e_mod,                                                       &
257        ONLY:  diffusion_e, diffusion_e_acc
258
259    USE diffusion_s_mod,                                                       &
260        ONLY:  diffusion_s, diffusion_s_acc
261
262    USE diffusion_u_mod,                                                       &
263        ONLY:  diffusion_u, diffusion_u_acc
264
265    USE diffusion_v_mod,                                                       &
266        ONLY:  diffusion_v, diffusion_v_acc
267
268    USE diffusion_w_mod,                                                       &
269        ONLY:  diffusion_w, diffusion_w_acc
270
271    USE impact_of_latent_heat_mod,                                             &
272        ONLY:  impact_of_latent_heat
273
274    USE kinds
275
[1365]276    USE ls_forcing_mod,                                                        &
277        ONLY:  ls_advec
278
[1320]279    USE microphysics_mod,                                                      &
280        ONLY:  microphysics_control
281
282    USE nudge_mod,                                                             &
283        ONLY:  nudge
284
285    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
[1484]286        ONLY:  cthf, plant_canopy, plant_canopy_model
[1320]287
288    USE production_e_mod,                                                      &
289        ONLY:  production_e, production_e_acc
290
[1585]291    USE radiation_model_mod,                                                   &
[1691]292        ONLY:  radiation, radiation_scheme, radiation_tendency,                &
293               skip_time_do_radiation
[1585]294
[1374]295    USE statistics,                                                            &
296        ONLY:  hom
297
[1320]298    USE subsidence_mod,                                                        &
299        ONLY:  subsidence
300
301    USE user_actions_mod,                                                      &
302        ONLY:  user_actions
303
304
[736]305    PRIVATE
[1019]306    PUBLIC prognostic_equations_cache, prognostic_equations_vector, &
307           prognostic_equations_acc
[736]308
309    INTERFACE prognostic_equations_cache
310       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_cache
311    END INTERFACE prognostic_equations_cache
312
313    INTERFACE prognostic_equations_vector
314       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_vector
315    END INTERFACE prognostic_equations_vector
316
[1015]317    INTERFACE prognostic_equations_acc
318       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_acc
319    END INTERFACE prognostic_equations_acc
[736]320
[1015]321
[736]322 CONTAINS
323
324
325!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]326! Description:
327! ------------
[1682]328!> Version with one optimized loop over all equations. It is only allowed to
329!> be called for the Wicker and Skamarock or Piascek-Williams advection scheme.
330!>
331!> Here the calls of most subroutines are embedded in two DO loops over i and j,
332!> so communication between CPUs is not allowed (does not make sense) within
333!> these loops.
334!>
335!> (Optimized to avoid cache missings, i.e. for Power4/5-architectures.)
[736]336!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]337 
[1682]338 SUBROUTINE prognostic_equations_cache
[736]339
[1682]340
[736]341    IMPLICIT NONE
342
[1682]343    INTEGER(iwp) ::  i                   !<
344    INTEGER(iwp) ::  i_omp_start         !<
345    INTEGER(iwp) ::  j                   !<
346    INTEGER(iwp) ::  k                   !<
347    INTEGER(iwp) ::  omp_get_thread_num  !<
348    INTEGER(iwp) ::  tn = 0              !<
[1320]349   
[1682]350    LOGICAL      ::  loop_start          !<
[736]351
352
353!
354!-- Time measurement can only be performed for the whole set of equations
355    CALL cpu_log( log_point(32), 'all progn.equations', 'start' )
356
357!
358!-- Loop over all prognostic equations
359!$OMP PARALLEL private (i,i_omp_start,j,k,loop_start,tn)
360
361!$  tn = omp_get_thread_num()
362    loop_start = .TRUE.
363!$OMP DO
364    DO  i = nxl, nxr
365
366!
367!--    Store the first loop index. It differs for each thread and is required
368!--    later in advec_ws
369       IF ( loop_start )  THEN
370          loop_start  = .FALSE.
371          i_omp_start = i 
372       ENDIF
[1365]373
[736]374       DO  j = nys, nyn
375!
[1361]376!--       If required, calculate cloud microphysical impacts (two-moment scheme)
377          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.                 &
378               ( intermediate_timestep_count == 1  .OR.                        &
379                 call_microphysics_at_all_substeps )                           &
380             )  THEN
381             CALL microphysics_control( i, j )
382          ENDIF
383!
[736]384!--       Tendency terms for u-velocity component
385          IF ( .NOT. outflow_l  .OR.  i > nxl )  THEN
386
[1337]387             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]388             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]389                IF ( ws_scheme_mom )  THEN
[1409]390                   CALL advec_u_ws( i, j, i_omp_start, tn )
[736]391                ELSE
392                   CALL advec_u_pw( i, j )
393                ENDIF
394             ELSE
395                CALL advec_u_up( i, j )
396             ENDIF
[1001]397             CALL diffusion_u( i, j )
[736]398             CALL coriolis( i, j, 1 )
[940]399             IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]400                CALL buoyancy( i, j, pt, 1 )
[940]401             ENDIF
[736]402
403!
404!--          Drag by plant canopy
405             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 1 )
406
407!
408!--          External pressure gradient
409             IF ( dp_external )  THEN
410                DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
411                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
412                ENDDO
413             ENDIF
414
[1241]415!
416!--          Nudging
[1691]417             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'u' )
[1241]418
[736]419             CALL user_actions( i, j, 'u-tendency' )
420!
421!--          Prognostic equation for u-velocity component
422             DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1001]423                u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
424                                                  tsc(3) * tu_m(k,j,i) )       &
[1398]425                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - u_init(k) )
[736]426             ENDDO
427
428!
429!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
430             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
431                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
432                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
433                      tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
434                   ENDDO
435                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
436                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
437                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1337]438                      tu_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tu_m(k,j,i)
[736]439                   ENDDO
440                ENDIF
441             ENDIF
442
443          ENDIF
444
445!
446!--       Tendency terms for v-velocity component
447          IF ( .NOT. outflow_s  .OR.  j > nys )  THEN
448
[1337]449             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]450             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]451                IF ( ws_scheme_mom )  THEN
452                    CALL advec_v_ws( i, j, i_omp_start, tn )
453                ELSE
454                    CALL advec_v_pw( i, j )
455                ENDIF
456             ELSE
457                CALL advec_v_up( i, j )
458             ENDIF
[1001]459             CALL diffusion_v( i, j )
[736]460             CALL coriolis( i, j, 2 )
461
462!
463!--          Drag by plant canopy
464             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 2 )       
465
466!
467!--          External pressure gradient
468             IF ( dp_external )  THEN
469                DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
470                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
471                ENDDO
472             ENDIF
473
[1241]474!
475!--          Nudging
[1691]476             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'v' )
[1241]477
[736]478             CALL user_actions( i, j, 'v-tendency' )
479!
480!--          Prognostic equation for v-velocity component
481             DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1001]482                v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
483                                                  tsc(3) * tv_m(k,j,i) )       &
[1398]484                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - v_init(k) )
[736]485             ENDDO
486
487!
488!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
489             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
490                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
491                   DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
492                      tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
493                   ENDDO
494                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
495                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
496                   DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1337]497                      tv_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tv_m(k,j,i)
[736]498                   ENDDO
499                ENDIF
500             ENDIF
501
502          ENDIF
503
504!
505!--       Tendency terms for w-velocity component
[1337]506          tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]507          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]508             IF ( ws_scheme_mom )  THEN
509                CALL advec_w_ws( i, j, i_omp_start, tn )
510             ELSE
511                CALL advec_w_pw( i, j )
512             END IF
513          ELSE
514             CALL advec_w_up( i, j )
515          ENDIF
[1001]516          CALL diffusion_w( i, j )
[736]517          CALL coriolis( i, j, 3 )
[940]518
519          IF ( .NOT. neutral )  THEN
520             IF ( ocean )  THEN
[1179]521                CALL buoyancy( i, j, rho, 3 )
[736]522             ELSE
[940]523                IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]524                   CALL buoyancy( i, j, pt, 3 )
[940]525                ELSE
[1179]526                   CALL buoyancy( i, j, vpt, 3 )
[940]527                ENDIF
[736]528             ENDIF
529          ENDIF
530
531!
532!--       Drag by plant canopy
533          IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 3 )
534
535          CALL user_actions( i, j, 'w-tendency' )
536
537!
538!--       Prognostic equation for w-velocity component
539          DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1001]540             w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
541                                               tsc(3) * tw_m(k,j,i) )          &
542                                   - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
[736]543          ENDDO
544
545!
546!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
547          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
548             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
549                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
550                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
551                ENDDO
552             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
553                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
554                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1337]555                   tw_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tw_m(k,j,i)
[736]556                ENDDO
557             ENDIF
558          ENDIF
[1361]559
[736]560!
[940]561!--       If required, compute prognostic equation for potential temperature
562          IF ( .NOT. neutral )  THEN
563!
564!--          Tendency terms for potential temperature
[1337]565             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]566             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[940]567                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
568                      CALL advec_s_ws( i, j, pt, 'pt', flux_s_pt, diss_s_pt, &
569                                       flux_l_pt, diss_l_pt, i_omp_start, tn )
570                   ELSE
571                      CALL advec_s_pw( i, j, pt )
572                   ENDIF
573             ELSE
574                CALL advec_s_up( i, j, pt )
575             ENDIF
[1001]576             CALL diffusion_s( i, j, pt, shf, tswst, wall_heatflux )
[736]577
578!
[940]579!--          If required compute heating/cooling due to long wave radiation
580!--          processes
[1496]581             IF ( cloud_top_radiation )  THEN
[940]582                CALL calc_radiation( i, j )
583             ENDIF
[736]584
[1106]585!
[1361]586!--          If required compute impact of latent heat due to precipitation
587             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.              &
588                  precipitation )  THEN
589                CALL impact_of_latent_heat( i, j ) 
[940]590             ENDIF
[736]591
592!
[940]593!--          Consideration of heat sources within the plant canopy
[1337]594             IF ( plant_canopy  .AND.  cthf /= 0.0_wp )  THEN
[940]595                CALL plant_canopy_model( i, j, 4 )
596             ENDIF
[736]597
[940]598!
[1365]599!--          Large scale advection
600             IF ( large_scale_forcing )  THEN
601                CALL ls_advec( i, j, simulated_time, 'pt' )
602             ENDIF     
603
604!
[1380]605!--          Nudging
606             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'pt' ) 
607
608!
[1106]609!--          If required, compute effect of large-scale subsidence/ascent
[1365]610             IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                &
611                  .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
612                CALL subsidence( i, j, tend, pt, pt_init, 2 )
[940]613             ENDIF
[736]614
[1585]615!
616!--          If required, add tendency due to radiative heating/cooling
[1691]617             IF ( radiation .AND. radiation_scheme == 'rrtmg' .AND.            &
618                  simulated_time > skip_time_do_radiation )  THEN
[1585]619                CALL radiation_tendency ( i, j, tend )
620             ENDIF
621
622
[940]623             CALL user_actions( i, j, 'pt-tendency' )
[736]624
625!
[940]626!--          Prognostic equation for potential temperature
627             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]628                pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +     &
629                                                    tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
630                                        - tsc(5) * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
631                                          ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )
[940]632             ENDDO
[736]633
634!
[940]635!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
636             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
637                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
638                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
639                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
640                   ENDDO
641                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
642                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
643                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]644                      tpt_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
645                                      5.3125_wp * tpt_m(k,j,i)
[940]646                   ENDDO
647                ENDIF
[736]648             ENDIF
[940]649
[736]650          ENDIF
651
652!
653!--       If required, compute prognostic equation for salinity
654          IF ( ocean )  THEN
655
656!
657!--          Tendency-terms for salinity
[1337]658             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]659             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) &
[736]660             THEN
661                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
662                    CALL advec_s_ws( i, j, sa, 'sa', flux_s_sa,  &
663                                diss_s_sa, flux_l_sa, diss_l_sa, i_omp_start, tn  )
664                ELSE
665                    CALL advec_s_pw( i, j, sa )
666                ENDIF
667             ELSE
668                CALL advec_s_up( i, j, sa )
669             ENDIF
[1001]670             CALL diffusion_s( i, j, sa, saswsb, saswst, wall_salinityflux )
[736]671
672             CALL user_actions( i, j, 'sa-tendency' )
673
674!
675!--          Prognostic equation for salinity
676             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]677                sa_p(k,j,i) = sa(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +     &
678                                                    tsc(3) * tsa_m(k,j,i) )    &
679                                        - tsc(5) * rdf_sc(k) *                 &
680                                          ( sa(k,j,i) - sa_init(k) )
[1337]681                IF ( sa_p(k,j,i) < 0.0_wp )  sa_p(k,j,i) = 0.1_wp * sa(k,j,i)
[736]682             ENDDO
683
684!
685!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
686             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
687                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
688                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
689                      tsa_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
690                   ENDDO
691                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
692                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
693                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]694                      tsa_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
695                                      5.3125_wp * tsa_m(k,j,i)
[736]696                   ENDDO
697                ENDIF
698             ENDIF
699
700!
701!--          Calculate density by the equation of state for seawater
702             CALL eqn_state_seawater( i, j )
703
704          ENDIF
705
706!
707!--       If required, compute prognostic equation for total water content /
708!--       scalar
709          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
710
711!
712!--          Tendency-terms for total water content / scalar
[1337]713             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]714             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) &
[736]715             THEN
716                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
717                   CALL advec_s_ws( i, j, q, 'q', flux_s_q, & 
718                                diss_s_q, flux_l_q, diss_l_q, i_omp_start, tn )
719                ELSE
720                   CALL advec_s_pw( i, j, q )
721                ENDIF
722             ELSE
723                CALL advec_s_up( i, j, q )
724             ENDIF
[1001]725             CALL diffusion_s( i, j, q, qsws, qswst, wall_qflux )
[1691]726
[736]727!
[1361]728!--          If required compute decrease of total water content due to
729!--          precipitation
730             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.              &
731                  precipitation )  THEN
[1691]732                CALL calc_precipitation( i, j )
[736]733             ENDIF
[1691]734
[736]735!
736!--          Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
[1106]737             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 5 )
[736]738
[1053]739!
[1365]740!--          Large scale advection
741             IF ( large_scale_forcing )  THEN
742                CALL ls_advec( i, j, simulated_time, 'q' )
743             ENDIF
744
745!
[1380]746!--          Nudging
747             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'q' ) 
748
749!
[736]750!--          If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]751             IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                &
752                  .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
753                CALL subsidence( i, j, tend, q, q_init, 3 )
[736]754             ENDIF
755
756             CALL user_actions( i, j, 'q-tendency' )
757
758!
759!--          Prognostic equation for total water content / scalar
760             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]761                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
762                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
763                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
764                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
[1337]765                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0_wp )  q_p(k,j,i) = 0.1_wp * q(k,j,i)
[736]766             ENDDO
767
768!
769!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
770             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
771                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
772                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
773                      tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
774                   ENDDO
775                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
776                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
777                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]778                      tq_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
779                                     5.3125_wp * tq_m(k,j,i)
[736]780                   ENDDO
781                ENDIF
782             ENDIF
783
[1053]784!
785!--          If required, calculate prognostic equations for rain water content
786!--          and rain drop concentration
[1115]787             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
788                  precipitation )  THEN
[1053]789!
790!--             Calculate prognostic equation for rain water content
[1337]791                tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]792                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) &
793                THEN
794                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
795                      CALL advec_s_ws( i, j, qr, 'qr', flux_s_qr,       & 
796                                       diss_s_qr, flux_l_qr, diss_l_qr, &
797                                       i_omp_start, tn )
798                   ELSE
799                      CALL advec_s_pw( i, j, qr )
800                   ENDIF
801                ELSE
802                   CALL advec_s_up( i, j, qr )
803                ENDIF
804                CALL diffusion_s( i, j, qr, qrsws, qrswst, wall_qrflux )
805
[1115]806                CALL user_actions( i, j, 'qr-tendency' )
[1053]807!
808!--             Prognostic equation for rain water content
809                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1115]810                   qr_p(k,j,i) = qr(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +  &
811                                                       tsc(3) * tqr_m(k,j,i) ) &
812                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * qr(k,j,i)
[1337]813                   IF ( qr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  qr_p(k,j,i) = 0.0_wp
[1053]814                ENDDO
815!
816!--             Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
817                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
818                   IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
819                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
820                         tqr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
821                      ENDDO
822                   ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
823                            intermediate_timestep_count_max )  THEN
824                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]825                         tqr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
826                                        5.3125_wp * tqr_m(k,j,i)
[1053]827                      ENDDO
828                   ENDIF
829                ENDIF
830
831!
832!--             Calculate prognostic equation for rain drop concentration.
[1337]833                tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]834                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
835                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
[1115]836                      CALL advec_s_ws( i, j, nr, 'nr', flux_s_nr,    & 
837                                    diss_s_nr, flux_l_nr, diss_l_nr, &
838                                    i_omp_start, tn )
[1053]839                   ELSE
840                      CALL advec_s_pw( i, j, nr )
841                   ENDIF
842                ELSE
843                   CALL advec_s_up( i, j, nr )
844                ENDIF
845                CALL diffusion_s( i, j, nr, nrsws, nrswst, wall_nrflux )
846
[1115]847                CALL user_actions( i, j, 'nr-tendency' )
[1053]848!
849!--             Prognostic equation for rain drop concentration
850                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1115]851                   nr_p(k,j,i) = nr(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +  &
852                                                       tsc(3) * tnr_m(k,j,i) ) &
853                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * nr(k,j,i)
[1337]854                   IF ( nr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  nr_p(k,j,i) = 0.0_wp
[1053]855                ENDDO
856!
857!--             Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
858                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
859                   IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
860                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
861                         tnr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
862                      ENDDO
863                   ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
864                            intermediate_timestep_count_max )  THEN
865                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]866                         tnr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
867                                        5.3125_wp * tnr_m(k,j,i)
[1053]868                      ENDDO
869                   ENDIF
870                ENDIF
871
872             ENDIF
873
[1128]874          ENDIF
875
[736]876!
877!--       If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
878!--       energy (TKE)
879          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
880
881!
882!--          Tendency-terms for TKE
[1337]883             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1332]884             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge'  &
885                 .AND.  .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
[736]886                 IF ( ws_scheme_sca )  THEN
[1001]887                     CALL advec_s_ws( i, j, e, 'e', flux_s_e, diss_s_e, &
888                                      flux_l_e, diss_l_e , i_omp_start, tn )
[736]889                 ELSE
890                     CALL advec_s_pw( i, j, e )
891                 ENDIF
892             ELSE
893                CALL advec_s_up( i, j, e )
894             ENDIF
[1001]895             IF ( .NOT. humidity )  THEN
896                IF ( ocean )  THEN
897                   CALL diffusion_e( i, j, prho, prho_reference )
[736]898                ELSE
[1001]899                   CALL diffusion_e( i, j, pt, pt_reference )
[736]900                ENDIF
901             ELSE
[1001]902                CALL diffusion_e( i, j, vpt, pt_reference )
[736]903             ENDIF
904             CALL production_e( i, j )
905
906!
907!--          Additional sink term for flows through plant canopies
908             IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( i, j, 6 ) 
909
910             CALL user_actions( i, j, 'e-tendency' )
911
912!
913!--          Prognostic equation for TKE.
914!--          Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
915!--          reasons in the course of the integration. In such cases the old
916!--          TKE value is reduced by 90%.
917             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]918                e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
919                                                  tsc(3) * te_m(k,j,i) )
[1337]920                IF ( e_p(k,j,i) < 0.0_wp )  e_p(k,j,i) = 0.1_wp * e(k,j,i)
[736]921             ENDDO
922
923!
924!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
925             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
926                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
927                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
928                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
929                   ENDDO
930                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
931                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
932                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]933                      te_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
934                                     5.3125_wp * te_m(k,j,i)
[736]935                   ENDDO
936                ENDIF
937             ENDIF
938
939          ENDIF   ! TKE equation
940
941       ENDDO
942    ENDDO
943!$OMP END PARALLEL
944
945    CALL cpu_log( log_point(32), 'all progn.equations', 'stop' )
946
947
948 END SUBROUTINE prognostic_equations_cache
949
950
951!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]952! Description:
953! ------------
[1682]954!> Version for vector machines
[736]955!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]956 
[1682]957 SUBROUTINE prognostic_equations_vector
[736]958
[1682]959
[736]960    IMPLICIT NONE
961
[1682]962    INTEGER(iwp) ::  i    !<
963    INTEGER(iwp) ::  j    !<
964    INTEGER(iwp) ::  k    !<
[736]965
[1682]966    REAL(wp)     ::  sbt  !<
[736]967
[1320]968
[736]969!
[1361]970!-- If required, calculate cloud microphysical impacts (two-moment scheme)
971    IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.                       &
972         ( intermediate_timestep_count == 1  .OR.                              &
973           call_microphysics_at_all_substeps )                                 &
974       )  THEN
975       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'start' )
976       CALL microphysics_control
977       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'stop' )
978    ENDIF
979
980!
[736]981!-- u-velocity component
982    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'start' )
983
[1337]984    tend = 0.0_wp
[1001]985    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]986       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
987          CALL advec_u_ws
988       ELSE
989          CALL advec_u_pw
990       ENDIF
991    ELSE
[1001]992       CALL advec_u_up
[736]993    ENDIF
[1001]994    CALL diffusion_u
[736]995    CALL coriolis( 1 )
[940]996    IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]997       CALL buoyancy( pt, 1 )
[940]998    ENDIF
[736]999
1000!
1001!-- Drag by plant canopy
1002    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 1 )
1003
1004!
1005!-- External pressure gradient
1006    IF ( dp_external )  THEN
1007       DO  i = nxlu, nxr
1008          DO  j = nys, nyn
1009             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1010                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
1011             ENDDO
1012          ENDDO
1013       ENDDO
1014    ENDIF
1015
[1241]1016!
1017!-- Nudging
[1691]1018    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'u' )
[1241]1019
[736]1020    CALL user_actions( 'u-tendency' )
1021
1022!
1023!-- Prognostic equation for u-velocity component
1024    DO  i = nxlu, nxr
1025       DO  j = nys, nyn
1026          DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1027             u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
1028                                               tsc(3) * tu_m(k,j,i) )          &
[1398]1029                                   - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - u_init(k) )
[736]1030          ENDDO
1031       ENDDO
1032    ENDDO
1033
1034!
1035!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1036    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1037       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1038          DO  i = nxlu, nxr
1039             DO  j = nys, nyn
1040                DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
1041                   tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1042                ENDDO
1043             ENDDO
1044          ENDDO
1045       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1046                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1047          DO  i = nxlu, nxr
1048             DO  j = nys, nyn
1049                DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1050                   tu_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tu_m(k,j,i)
[736]1051                ENDDO
1052             ENDDO
1053          ENDDO
1054       ENDIF
1055    ENDIF
1056
1057    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'stop' )
1058
1059!
1060!-- v-velocity component
1061    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'start' )
1062
[1337]1063    tend = 0.0_wp
[1001]1064    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1065       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1066          CALL advec_v_ws
1067       ELSE
1068          CALL advec_v_pw
1069       END IF
1070    ELSE
[1001]1071       CALL advec_v_up
[736]1072    ENDIF
[1001]1073    CALL diffusion_v
[736]1074    CALL coriolis( 2 )
1075
1076!
1077!-- Drag by plant canopy
1078    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 2 )
1079
1080!
1081!-- External pressure gradient
1082    IF ( dp_external )  THEN
1083       DO  i = nxl, nxr
1084          DO  j = nysv, nyn
1085             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1086                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
1087             ENDDO
1088          ENDDO
1089       ENDDO
1090    ENDIF
1091
[1241]1092!
1093!-- Nudging
[1691]1094    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'v' )
[1241]1095
[736]1096    CALL user_actions( 'v-tendency' )
1097
1098!
1099!-- Prognostic equation for v-velocity component
1100    DO  i = nxl, nxr
1101       DO  j = nysv, nyn
1102          DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1103             v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
1104                                               tsc(3) * tv_m(k,j,i) )          &
[1398]1105                                   - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - v_init(k) )
[736]1106          ENDDO
1107       ENDDO
1108    ENDDO
1109
1110!
1111!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1112    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1113       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1114          DO  i = nxl, nxr
1115             DO  j = nysv, nyn
1116                DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
1117                   tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1118                ENDDO
1119             ENDDO
1120          ENDDO
1121       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1122                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1123          DO  i = nxl, nxr
1124             DO  j = nysv, nyn
1125                DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1126                   tv_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tv_m(k,j,i)
[736]1127                ENDDO
1128             ENDDO
1129          ENDDO
1130       ENDIF
1131    ENDIF
1132
1133    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'stop' )
1134
1135!
1136!-- w-velocity component
1137    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'start' )
1138
[1353]1139    tend = 0.0_wp
[1001]1140    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1141       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1142          CALL advec_w_ws
1143       ELSE
1144          CALL advec_w_pw
1145       ENDIF
1146    ELSE
[1001]1147       CALL advec_w_up
[736]1148    ENDIF
[1001]1149    CALL diffusion_w
[736]1150    CALL coriolis( 3 )
[940]1151
1152    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1153       IF ( ocean )  THEN
[1179]1154          CALL buoyancy( rho, 3 )
[736]1155       ELSE
[940]1156          IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]1157             CALL buoyancy( pt, 3 )
[940]1158          ELSE
[1179]1159             CALL buoyancy( vpt, 3 )
[940]1160          ENDIF
[736]1161       ENDIF
1162    ENDIF
1163
1164!
1165!-- Drag by plant canopy
1166    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 3 )
1167
1168    CALL user_actions( 'w-tendency' )
1169
1170!
1171!-- Prognostic equation for w-velocity component
1172    DO  i = nxl, nxr
1173       DO  j = nys, nyn
1174          DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1001]1175             w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
1176                                               tsc(3) * tw_m(k,j,i) )          &
1177                                   - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
[736]1178          ENDDO
1179       ENDDO
1180    ENDDO
1181
1182!
1183!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1184    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1185       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1186          DO  i = nxl, nxr
1187             DO  j = nys, nyn
1188                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
1189                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1190                ENDDO
1191             ENDDO
1192          ENDDO
1193       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1194                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1195          DO  i = nxl, nxr
1196             DO  j = nys, nyn
1197                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1337]1198                   tw_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tw_m(k,j,i)
[736]1199                ENDDO
1200             ENDDO
1201          ENDDO
1202       ENDIF
1203    ENDIF
1204
1205    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'stop' )
1206
[940]1207
[736]1208!
[940]1209!-- If required, compute prognostic equation for potential temperature
1210    IF ( .NOT. neutral )  THEN
[736]1211
[940]1212       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'start' )
1213
[736]1214!
[940]1215!--    pt-tendency terms with communication
1216       sbt = tsc(2)
1217       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
[736]1218
[940]1219          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
[736]1220!
[1001]1221!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1353]1222             sbt = 1.0_wp
[940]1223          ENDIF
[1337]1224          tend = 0.0_wp
[940]1225          CALL advec_s_bc( pt, 'pt' )
[1001]1226
[736]1227       ENDIF
[940]1228
1229!
1230!--    pt-tendency terms with no communication
[1001]1231       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]1232          tend = 0.0_wp
[1001]1233          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[940]1234             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1235                CALL advec_s_ws( pt, 'pt' )
1236             ELSE
1237                CALL advec_s_pw( pt )
1238             ENDIF
1239          ELSE
[1001]1240             CALL advec_s_up( pt )
[940]1241          ENDIF
[736]1242       ENDIF
1243
[1001]1244       CALL diffusion_s( pt, shf, tswst, wall_heatflux )
1245
[736]1246!
[940]1247!--    If required compute heating/cooling due to long wave radiation processes
[1496]1248       IF ( cloud_top_radiation )  THEN
[940]1249          CALL calc_radiation
1250       ENDIF
[736]1251
1252!
[940]1253!--    If required compute impact of latent heat due to precipitation
[1361]1254       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.  precipitation )  THEN
[940]1255          CALL impact_of_latent_heat
1256       ENDIF
[736]1257
1258!
[940]1259!--    Consideration of heat sources within the plant canopy
[1337]1260       IF ( plant_canopy .AND. ( cthf /= 0.0_wp ) ) THEN
[940]1261          CALL plant_canopy_model( 4 )
1262       ENDIF
[736]1263
[940]1264!
[1365]1265!--    Large scale advection
1266       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1267          CALL ls_advec( simulated_time, 'pt' )
1268       ENDIF
1269
1270!
[1380]1271!--    Nudging
1272       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'pt' ) 
1273
1274!
[940]1275!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]1276       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
1277            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
1278          CALL subsidence( tend, pt, pt_init, 2 )
[940]1279       ENDIF
[736]1280
[1585]1281!
1282!--    If required, add tendency due to radiative heating/cooling
[1691]1283       IF ( radiation .AND. radiation_scheme == 'rrtmg' .AND.                  &
1284            simulated_time > skip_time_do_radiation )  THEN
1285            CALL radiation_tendency ( tend )
[1585]1286       ENDIF
1287
[940]1288       CALL user_actions( 'pt-tendency' )
[736]1289
1290!
[940]1291!--    Prognostic equation for potential temperature
1292       DO  i = nxl, nxr
1293          DO  j = nys, nyn
1294             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1295                pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1296                                                    tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
1297                                        - tsc(5) * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
1298                                          ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )
[940]1299             ENDDO
[736]1300          ENDDO
1301       ENDDO
1302
1303!
[940]1304!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1305       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1306          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1307             DO  i = nxl, nxr
1308                DO  j = nys, nyn
1309                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1310                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1311                   ENDDO
[736]1312                ENDDO
1313             ENDDO
[940]1314          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1315                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1316             DO  i = nxl, nxr
1317                DO  j = nys, nyn
1318                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1319                      tpt_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
1320                                      5.3125_wp * tpt_m(k,j,i)
[940]1321                   ENDDO
[736]1322                ENDDO
1323             ENDDO
[940]1324          ENDIF
[736]1325       ENDIF
[940]1326
1327       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'stop' )
1328
[736]1329    ENDIF
1330
1331!
1332!-- If required, compute prognostic equation for salinity
1333    IF ( ocean )  THEN
1334
1335       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'start' )
1336
1337!
1338!--    sa-tendency terms with communication
1339       sbt = tsc(2)
1340       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1341
1342          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1343!
[1001]1344!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1353]1345             sbt = 1.0_wp
[736]1346          ENDIF
[1337]1347          tend = 0.0_wp
[736]1348          CALL advec_s_bc( sa, 'sa' )
[1001]1349
[736]1350       ENDIF
1351
1352!
1353!--    sa-tendency terms with no communication
[1001]1354       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1353]1355          tend = 0.0_wp
[1001]1356          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1357             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1358                 CALL advec_s_ws( sa, 'sa' )
1359             ELSE
1360                 CALL advec_s_pw( sa )
1361             ENDIF
1362          ELSE
[1001]1363             CALL advec_s_up( sa )
[736]1364          ENDIF
1365       ENDIF
[1001]1366
1367       CALL diffusion_s( sa, saswsb, saswst, wall_salinityflux )
[736]1368       
1369       CALL user_actions( 'sa-tendency' )
1370
1371!
1372!--    Prognostic equation for salinity
1373       DO  i = nxl, nxr
1374          DO  j = nys, nyn
1375             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1376                sa_p(k,j,i) = sa(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1377                                                    tsc(3) * tsa_m(k,j,i) )    &
1378                                        - tsc(5) * rdf_sc(k) *                 &
1379                                          ( sa(k,j,i) - sa_init(k) )
[1337]1380                IF ( sa_p(k,j,i) < 0.0_wp )  sa_p(k,j,i) = 0.1_wp * sa(k,j,i)
[736]1381             ENDDO
1382          ENDDO
1383       ENDDO
1384
1385!
1386!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1387       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1388          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1389             DO  i = nxl, nxr
1390                DO  j = nys, nyn
1391                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1392                      tsa_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1393                   ENDDO
1394                ENDDO
1395             ENDDO
1396          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1397                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1398             DO  i = nxl, nxr
1399                DO  j = nys, nyn
1400                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1401                      tsa_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
1402                                      5.3125_wp * tsa_m(k,j,i)
[736]1403                   ENDDO
1404                ENDDO
1405             ENDDO
1406          ENDIF
1407       ENDIF
1408
1409       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'stop' )
1410
1411!
1412!--    Calculate density by the equation of state for seawater
1413       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'start' )
1414       CALL eqn_state_seawater
1415       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'stop' )
1416
1417    ENDIF
1418
1419!
1420!-- If required, compute prognostic equation for total water content / scalar
1421    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1422
1423       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'start' )
1424
1425!
1426!--    Scalar/q-tendency terms with communication
1427       sbt = tsc(2)
1428       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1429
1430          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1431!
[1001]1432!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]1433             sbt = 1.0_wp
[736]1434          ENDIF
[1337]1435          tend = 0.0_wp
[736]1436          CALL advec_s_bc( q, 'q' )
[1001]1437
[736]1438       ENDIF
1439
1440!
1441!--    Scalar/q-tendency terms with no communication
[1001]1442       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]1443          tend = 0.0_wp
[1001]1444          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1445             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1446                CALL advec_s_ws( q, 'q' )
1447             ELSE
1448                CALL advec_s_pw( q )
1449             ENDIF
1450          ELSE
[1001]1451             CALL advec_s_up( q )
[736]1452          ENDIF
1453       ENDIF
[1001]1454
1455       CALL diffusion_s( q, qsws, qswst, wall_qflux )
[736]1456       
1457!
1458!--    If required compute decrease of total water content due to
1459!--    precipitation
[1361]1460       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.  precipitation )  THEN
[736]1461          CALL calc_precipitation
1462       ENDIF
1463
1464!
1465!--    Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
1466       IF ( plant_canopy ) CALL plant_canopy_model( 5 )
[1365]1467
[736]1468!
[1365]1469!--    Large scale advection
1470       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1471          CALL ls_advec( simulated_time, 'q' )
1472       ENDIF
1473
1474!
[1380]1475!--    Nudging
1476       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'q' ) 
1477
1478!
[736]1479!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]1480       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
1481            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
1482         CALL subsidence( tend, q, q_init, 3 )
[736]1483       ENDIF
1484
1485       CALL user_actions( 'q-tendency' )
1486
1487!
1488!--    Prognostic equation for total water content / scalar
1489       DO  i = nxl, nxr
1490          DO  j = nys, nyn
1491             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1492                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
1493                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
1494                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
1495                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
[1337]1496                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0_wp )  q_p(k,j,i) = 0.1_wp * q(k,j,i)
[736]1497             ENDDO
1498          ENDDO
1499       ENDDO
1500
1501!
1502!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1503       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1504          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1505             DO  i = nxl, nxr
1506                DO  j = nys, nyn
1507                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1508                      tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1509                   ENDDO
1510                ENDDO
1511             ENDDO
1512          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1513                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1514             DO  i = nxl, nxr
1515                DO  j = nys, nyn
1516                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1517                      tq_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tq_m(k,j,i)
[736]1518                   ENDDO
1519                ENDDO
1520             ENDDO
1521          ENDIF
1522       ENDIF
1523
1524       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'stop' )
1525
[1361]1526!
1527!--    If required, calculate prognostic equations for rain water content
1528!--    and rain drop concentration
1529       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  precipitation )  THEN
1530
1531          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'start' )
1532
1533!
1534!--       Calculate prognostic equation for rain water content
1535          sbt = tsc(2)
1536          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1537
1538             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1539!
1540!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1541                sbt = 1.0_wp
1542             ENDIF
1543             tend = 0.0_wp
1544             CALL advec_s_bc( qr, 'qr' )
1545
1546          ENDIF
1547
1548!
1549!--       qr-tendency terms with no communication
1550          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1551             tend = 0.0_wp
1552             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1553                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1554                   CALL advec_s_ws( qr, 'qr' )
1555                ELSE
1556                   CALL advec_s_pw( qr )
1557                ENDIF
1558             ELSE
1559                CALL advec_s_up( qr )
1560             ENDIF
1561          ENDIF
1562
1563          CALL diffusion_s( qr, qrsws, qrswst, wall_qrflux )
1564
1565          CALL user_actions( 'qr-tendency' )
1566
1567!
1568!--       Prognostic equation for rain water content
1569          DO  i = nxl, nxr
1570             DO  j = nys, nyn
1571                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1572                   qr_p(k,j,i) = qr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
1573                                                     tsc(3) * tqr_m(k,j,i) )   &
1574                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * qr(k,j,i)
1575                   IF ( qr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  qr_p(k,j,i) = 0.0_wp
1576                ENDDO
1577             ENDDO
1578          ENDDO
1579
1580!
1581!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1582          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1583             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1584                DO  i = nxl, nxr
1585                   DO  j = nys, nyn
1586                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1587                         tqr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1588                      ENDDO
1589                   ENDDO
1590                ENDDO
1591             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1592                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
1593                DO  i = nxl, nxr
1594                   DO  j = nys, nyn
1595                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1596                         tqr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * &
1597                                                                   tqr_m(k,j,i)
1598                      ENDDO
1599                   ENDDO
1600                ENDDO
1601             ENDIF
1602          ENDIF
1603
1604          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'stop' )
1605          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'start' )
1606
1607!
1608!--       Calculate prognostic equation for rain drop concentration
1609          sbt = tsc(2)
1610          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1611
1612             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1613!
1614!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1615                sbt = 1.0_wp
1616             ENDIF
1617             tend = 0.0_wp
1618             CALL advec_s_bc( nr, 'nr' )
1619
1620          ENDIF
1621
1622!
1623!--       nr-tendency terms with no communication
1624          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1625             tend = 0.0_wp
1626             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1627                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1628                   CALL advec_s_ws( nr, 'nr' )
1629                ELSE
1630                   CALL advec_s_pw( nr )
1631                ENDIF
1632             ELSE
1633                CALL advec_s_up( nr )
1634             ENDIF
1635          ENDIF
1636
1637          CALL diffusion_s( nr, nrsws, nrswst, wall_nrflux )
1638
1639          CALL user_actions( 'nr-tendency' )
1640
1641!
1642!--       Prognostic equation for rain drop concentration
1643          DO  i = nxl, nxr
1644             DO  j = nys, nyn
1645                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1646                   nr_p(k,j,i) = nr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
1647                                                     tsc(3) * tnr_m(k,j,i) )   &
1648                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * nr(k,j,i)
1649                   IF ( nr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  nr_p(k,j,i) = 0.0_wp
1650                ENDDO
1651             ENDDO
1652          ENDDO
1653
1654!
1655!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1656          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1657             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1658                DO  i = nxl, nxr
1659                   DO  j = nys, nyn
1660                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1661                         tnr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1662                      ENDDO
1663                   ENDDO
1664                ENDDO
1665             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1666                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
1667                DO  i = nxl, nxr
1668                   DO  j = nys, nyn
1669                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1670                         tnr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * &
1671                                                                   tnr_m(k,j,i)
1672                      ENDDO
1673                   ENDDO
1674                ENDDO
1675             ENDIF
1676          ENDIF
1677
1678          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'stop' )
1679
1680       ENDIF
1681
[736]1682    ENDIF
1683
1684!
1685!-- If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
1686!-- energy (TKE)
1687    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1688
1689       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'start' )
1690
1691       sbt = tsc(2)
1692       IF ( .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
1693          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1694
1695             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1696!
[1001]1697!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]1698                sbt = 1.0_wp
[736]1699             ENDIF
[1337]1700             tend = 0.0_wp
[736]1701             CALL advec_s_bc( e, 'e' )
[1001]1702
[736]1703          ENDIF
1704       ENDIF
1705
1706!
1707!--    TKE-tendency terms with no communication
[1001]1708       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme'  .OR.  use_upstream_for_tke )  THEN
[736]1709          IF ( use_upstream_for_tke )  THEN
[1337]1710             tend = 0.0_wp
[736]1711             CALL advec_s_up( e )
1712          ELSE
[1337]1713             tend = 0.0_wp
[1001]1714             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1715                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1716                   CALL advec_s_ws( e, 'e' )
1717                ELSE
1718                   CALL advec_s_pw( e )
1719                ENDIF
1720             ELSE
[1001]1721                CALL advec_s_up( e )
[736]1722             ENDIF
1723          ENDIF
[1001]1724       ENDIF
1725
1726       IF ( .NOT. humidity )  THEN
1727          IF ( ocean )  THEN
1728             CALL diffusion_e( prho, prho_reference )
[736]1729          ELSE
[1001]1730             CALL diffusion_e( pt, pt_reference )
[736]1731          ENDIF
[1001]1732       ELSE
1733          CALL diffusion_e( vpt, pt_reference )
[736]1734       ENDIF
[1001]1735
[736]1736       CALL production_e
1737
1738!
1739!--    Additional sink term for flows through plant canopies
1740       IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 6 )
1741       CALL user_actions( 'e-tendency' )
1742
1743!
1744!--    Prognostic equation for TKE.
1745!--    Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
1746!--    reasons in the course of the integration. In such cases the old TKE
1747!--    value is reduced by 90%.
1748       DO  i = nxl, nxr
1749          DO  j = nys, nyn
1750             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1751                e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
1752                                                  tsc(3) * te_m(k,j,i) )
[1337]1753                IF ( e_p(k,j,i) < 0.0_wp )  e_p(k,j,i) = 0.1_wp * e(k,j,i)
[736]1754             ENDDO
1755          ENDDO
1756       ENDDO
1757
1758!
1759!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1760       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1761          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1762             DO  i = nxl, nxr
1763                DO  j = nys, nyn
1764                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1765                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1766                   ENDDO
1767                ENDDO
1768             ENDDO
1769          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1770                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1771             DO  i = nxl, nxr
1772                DO  j = nys, nyn
1773                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1774                      te_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * te_m(k,j,i)
[736]1775                   ENDDO
1776                ENDDO
1777             ENDDO
1778          ENDIF
1779       ENDIF
1780
1781       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'stop' )
1782
1783    ENDIF
1784
1785 END SUBROUTINE prognostic_equations_vector
1786
1787
[1015]1788!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]1789! Description:
1790! ------------
[1682]1791!> Version for accelerator boards
[1015]1792!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]1793 
[1682]1794 SUBROUTINE prognostic_equations_acc
[1015]1795
[1682]1796
[1015]1797    IMPLICIT NONE
1798
[1682]1799    INTEGER(iwp) ::  i           !<
1800    INTEGER(iwp) ::  j           !<
1801    INTEGER(iwp) ::  k           !<
1802    INTEGER(iwp) ::  runge_step  !<
[1015]1803
[1682]1804    REAL(wp)     ::  sbt         !<
[1320]1805
[1015]1806!
1807!-- Set switch for intermediate Runge-Kutta step
1808    runge_step = 0
1809    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1810       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1811          runge_step = 1
1812       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1813                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1814          runge_step = 2
1815       ENDIF
1816    ENDIF
1817
1818!
[1361]1819!-- If required, calculate cloud microphysical impacts (two-moment scheme)
1820    IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.                       &
1821         ( intermediate_timestep_count == 1  .OR.                              &
1822           call_microphysics_at_all_substeps )                                 &
1823       )  THEN
1824       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'start' )
1825       CALL microphysics_control
1826       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'stop' )
1827    ENDIF
1828
1829!
[1015]1830!-- u-velocity component
[1374]1831!++ Statistics still not completely ported to accelerators
[1179]1832    !$acc update device( hom, ref_state )
[1015]1833    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'start' )
1834
1835    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1836       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1837          CALL advec_u_ws_acc
1838       ELSE
[1337]1839          tend = 0.0_wp   ! to be removed later??
[1015]1840          CALL advec_u_pw
1841       ENDIF
1842    ELSE
1843       CALL advec_u_up
1844    ENDIF
1845    CALL diffusion_u_acc
1846    CALL coriolis_acc( 1 )
1847    IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]1848       CALL buoyancy( pt, 1 )
[1015]1849    ENDIF
1850
1851!
1852!-- Drag by plant canopy
1853    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 1 )
1854
1855!
1856!-- External pressure gradient
1857    IF ( dp_external )  THEN
[1128]1858       DO  i = i_left, i_right
1859          DO  j = j_south, j_north
[1015]1860             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1861                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
1862             ENDDO
1863          ENDDO
1864       ENDDO
1865    ENDIF
1866
[1246]1867!
1868!-- Nudging
[1691]1869    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'u' )
[1246]1870
[1015]1871    CALL user_actions( 'u-tendency' )
1872
1873!
1874!-- Prognostic equation for u-velocity component
[1398]1875    !$acc kernels present( nzb_u_inner, rdf, tend, tu_m, u, u_init, u_p )
[1257]1876    !$acc loop independent
[1128]1877    DO  i = i_left, i_right
[1257]1878       !$acc loop independent
[1128]1879       DO  j = j_south, j_north
[1257]1880          !$acc loop independent
[1015]1881          DO  k = 1, nzt
1882             IF ( k > nzb_u_inner(j,i) )  THEN
1883                u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
1884                                                  tsc(3) * tu_m(k,j,i) )       &
[1398]1885                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - u_init(k) )
[1015]1886!
1887!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
1888                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1889                   tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1890                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]1891                   tu_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tu_m(k,j,i)
[1015]1892                ENDIF
1893             ENDIF
1894          ENDDO
1895       ENDDO
1896    ENDDO
1897    !$acc end kernels
1898
1899    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'stop' )
1900
1901!
1902!-- v-velocity component
1903    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'start' )
1904
1905    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1906       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1907          CALL advec_v_ws_acc
1908       ELSE
[1337]1909          tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]1910          CALL advec_v_pw
1911       END IF
1912    ELSE
1913       CALL advec_v_up
1914    ENDIF
1915    CALL diffusion_v_acc
1916    CALL coriolis_acc( 2 )
1917
1918!
1919!-- Drag by plant canopy
1920    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 2 )
1921
1922!
1923!-- External pressure gradient
1924    IF ( dp_external )  THEN
[1128]1925       DO  i = i_left, i_right
1926          DO  j = j_south, j_north
[1015]1927             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1928                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
1929             ENDDO
1930          ENDDO
1931       ENDDO
1932    ENDIF
1933
[1246]1934!
1935!-- Nudging
[1691]1936    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'v' )
[1246]1937
[1015]1938    CALL user_actions( 'v-tendency' )
1939
1940!
1941!-- Prognostic equation for v-velocity component
[1398]1942    !$acc kernels present( nzb_v_inner, rdf, tend, tv_m, v, v_init, v_p )
[1257]1943    !$acc loop independent
[1128]1944    DO  i = i_left, i_right
[1257]1945       !$acc loop independent
[1128]1946       DO  j = j_south, j_north
[1257]1947          !$acc loop independent
[1015]1948          DO  k = 1, nzt
1949             IF ( k > nzb_v_inner(j,i) )  THEN
1950                v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
1951                                                  tsc(3) * tv_m(k,j,i) )       &
[1398]1952                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - v_init(k) )
[1015]1953!
1954!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
1955                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1956                   tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1957                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]1958                   tv_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tv_m(k,j,i)
[1015]1959                ENDIF
1960             ENDIF
1961          ENDDO
1962       ENDDO
1963    ENDDO
1964    !$acc end kernels
1965
1966    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'stop' )
1967
1968!
1969!-- w-velocity component
1970    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'start' )
1971
1972    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1973       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1974          CALL advec_w_ws_acc
1975       ELSE
[1337]1976          tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]1977          CALL advec_w_pw
1978       ENDIF
1979    ELSE
1980       CALL advec_w_up
1981    ENDIF
1982    CALL diffusion_w_acc
1983    CALL coriolis_acc( 3 )
1984
1985    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1986       IF ( ocean )  THEN
[1179]1987          CALL buoyancy( rho, 3 )
[1015]1988       ELSE
1989          IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]1990             CALL buoyancy_acc( pt, 3 )
[1015]1991          ELSE
[1179]1992             CALL buoyancy( vpt, 3 )
[1015]1993          ENDIF
1994       ENDIF
1995    ENDIF
1996
1997!
1998!-- Drag by plant canopy
1999    IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 3 )
2000
2001    CALL user_actions( 'w-tendency' )
2002
2003!
2004!-- Prognostic equation for w-velocity component
2005    !$acc kernels present( nzb_w_inner, rdf, tend, tw_m, w, w_p )
[1257]2006    !$acc loop independent
[1128]2007    DO  i = i_left, i_right
[1257]2008       !$acc loop independent
[1128]2009       DO  j = j_south, j_north
[1257]2010          !$acc loop independent
[1015]2011          DO  k = 1, nzt-1
2012             IF ( k > nzb_w_inner(j,i) )  THEN
2013                w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
2014                                                  tsc(3) * tw_m(k,j,i) )       &
2015                                      - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
2016   !
2017   !--          Tendencies for the next Runge-Kutta step
2018                IF ( runge_step == 1 )  THEN
2019                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2020                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2021                   tw_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tw_m(k,j,i)
[1015]2022                ENDIF
2023             ENDIF
2024          ENDDO
2025       ENDDO
2026    ENDDO
2027    !$acc end kernels
2028
2029    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'stop' )
2030
2031
2032!
2033!-- If required, compute prognostic equation for potential temperature
2034    IF ( .NOT. neutral )  THEN
2035
2036       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'start' )
2037
2038!
2039!--    pt-tendency terms with communication
2040       sbt = tsc(2)
2041       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2042
2043          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2044!
2045!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1353]2046             sbt = 1.0_wp
[1015]2047          ENDIF
[1337]2048          tend = 0.0_wp
[1015]2049          CALL advec_s_bc( pt, 'pt' )
2050
2051       ENDIF
2052
2053!
2054!--    pt-tendency terms with no communication
2055       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]2056          tend = 0.0_wp
[1015]2057          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2058             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2059                CALL advec_s_ws_acc( pt, 'pt' )
2060             ELSE
[1337]2061                tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]2062                CALL advec_s_pw( pt )
2063             ENDIF
2064          ELSE
2065             CALL advec_s_up( pt )
2066          ENDIF
2067       ENDIF
2068
2069       CALL diffusion_s_acc( pt, shf, tswst, wall_heatflux )
2070
2071!
2072!--    If required compute heating/cooling due to long wave radiation processes
[1496]2073       IF ( cloud_top_radiation )  THEN
[1015]2074          CALL calc_radiation
2075       ENDIF
2076
2077!
2078!--    If required compute impact of latent heat due to precipitation
[1361]2079       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.  precipitation )  THEN
[1015]2080          CALL impact_of_latent_heat
2081       ENDIF
2082
2083!
2084!--    Consideration of heat sources within the plant canopy
[1337]2085       IF ( plant_canopy .AND. ( cthf /= 0.0_wp ) ) THEN
[1015]2086          CALL plant_canopy_model( 4 )
2087       ENDIF
2088
2089!
[1365]2090!--    Large scale advection
2091       IF ( large_scale_forcing )  THEN
2092          CALL ls_advec( simulated_time, 'pt' )
2093       ENDIF
2094
2095!
[1380]2096!--    Nudging
2097       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'pt' ) 
2098
2099!
[1015]2100!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]2101       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
2102            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
2103          CALL subsidence( tend, pt, pt_init, 2 )
[1015]2104       ENDIF
2105
[1691]2106       IF ( radiation .AND. radiation_scheme == 'rrtmg' .AND.                  &
2107            simulated_time > skip_time_do_radiation )  THEN
2108            CALL radiation_tendency ( tend )
2109       ENDIF
2110
[1015]2111       CALL user_actions( 'pt-tendency' )
2112
2113!
2114!--    Prognostic equation for potential temperature
2115       !$acc kernels present( nzb_s_inner, rdf_sc, ptdf_x, ptdf_y, pt_init ) &
2116       !$acc         present( tend, tpt_m, pt, pt_p )
[1257]2117       !$acc loop independent
[1128]2118       DO  i = i_left, i_right
[1257]2119          !$acc loop independent
[1128]2120          DO  j = j_south, j_north
[1257]2121             !$acc loop independent
[1015]2122             DO  k = 1, nzt
2123                IF ( k > nzb_s_inner(j,i) )  THEN
2124                   pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
2125                                                       tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
2126                                           - tsc(5) * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
2127                                             ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )
2128!
2129!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2130                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2131                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2132                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2133                      tpt_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tpt_m(k,j,i)
[1015]2134                   ENDIF
2135                ENDIF
2136             ENDDO
2137          ENDDO
2138       ENDDO
2139       !$acc end kernels
2140
2141       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'stop' )
2142
2143    ENDIF
2144
2145!
2146!-- If required, compute prognostic equation for salinity
2147    IF ( ocean )  THEN
2148
2149       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'start' )
2150
2151!
2152!--    sa-tendency terms with communication
2153       sbt = tsc(2)
2154       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2155
2156          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2157!
2158!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]2159             sbt = 1.0_wp
[1015]2160          ENDIF
[1337]2161          tend = 0.0_wp
[1015]2162          CALL advec_s_bc( sa, 'sa' )
2163
2164       ENDIF
2165
2166!
2167!--    sa-tendency terms with no communication
2168       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]2169          tend = 0.0_wp
[1015]2170          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2171             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2172                 CALL advec_s_ws( sa, 'sa' )
2173             ELSE
2174                 CALL advec_s_pw( sa )
2175             ENDIF
2176          ELSE
2177             CALL advec_s_up( sa )
2178          ENDIF
2179       ENDIF
2180
2181       CALL diffusion_s( sa, saswsb, saswst, wall_salinityflux )
2182
2183       CALL user_actions( 'sa-tendency' )
2184
2185!
2186!--    Prognostic equation for salinity
[1128]2187       DO  i = i_left, i_right
2188          DO  j = j_south, j_north
[1015]2189             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2190                sa_p(k,j,i) = sa(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
2191                                                    tsc(3) * tsa_m(k,j,i) )    &
2192                                        - tsc(5) * rdf_sc(k) *                 &
2193                                          ( sa(k,j,i) - sa_init(k) )
[1337]2194                IF ( sa_p(k,j,i) < 0.0_wp )  sa_p(k,j,i) = 0.1_wp * sa(k,j,i)
[1015]2195!
2196!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
2197                IF ( runge_step == 1 )  THEN
2198                   tsa_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2199                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2200                   tsa_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tsa_m(k,j,i)
[1015]2201                ENDIF
2202             ENDDO
2203          ENDDO
2204       ENDDO
2205
2206       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'stop' )
2207
2208!
2209!--    Calculate density by the equation of state for seawater
2210       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'start' )
2211       CALL eqn_state_seawater
2212       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'stop' )
2213
2214    ENDIF
2215
2216!
2217!-- If required, compute prognostic equation for total water content / scalar
2218    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
2219
2220       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'start' )
2221
2222!
2223!--    Scalar/q-tendency terms with communication
2224       sbt = tsc(2)
2225       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2226
2227          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2228!
2229!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]2230             sbt = 1.0_wp
[1015]2231          ENDIF
[1337]2232          tend = 0.0_wp
[1015]2233          CALL advec_s_bc( q, 'q' )
2234
2235       ENDIF
2236
2237!
2238!--    Scalar/q-tendency terms with no communication
2239       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]2240          tend = 0.0_wp
[1015]2241          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2242             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2243                CALL advec_s_ws( q, 'q' )
2244             ELSE
2245                CALL advec_s_pw( q )
2246             ENDIF
2247          ELSE
2248             CALL advec_s_up( q )
2249          ENDIF
2250       ENDIF
2251
2252       CALL diffusion_s( q, qsws, qswst, wall_qflux )
2253
2254!
2255!--    If required compute decrease of total water content due to
2256!--    precipitation
[1361]2257       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 1  .AND.  precipitation )  THEN
[1015]2258          CALL calc_precipitation
2259       ENDIF
2260
2261!
2262!--    Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
2263       IF ( plant_canopy ) CALL plant_canopy_model( 5 )
2264
2265!
[1365]2266!--    Large scale advection
2267       IF ( large_scale_forcing )  THEN
2268          CALL ls_advec( simulated_time, 'q' )
2269       ENDIF
2270
2271!
[1380]2272!--    Nudging
2273       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'q' ) 
2274
2275!
[1015]2276!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]2277       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
2278            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
2279         CALL subsidence( tend, q, q_init, 3 )
[1015]2280       ENDIF
2281
2282       CALL user_actions( 'q-tendency' )
2283
2284!
2285!--    Prognostic equation for total water content / scalar
[1128]2286       DO  i = i_left, i_right
2287          DO  j = j_south, j_north
[1015]2288             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2289                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
2290                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
2291                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
2292                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
[1337]2293                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0_wp )  q_p(k,j,i) = 0.1_wp * q(k,j,i)
[1015]2294!
2295!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
2296                IF ( runge_step == 1 )  THEN
2297                   tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2298                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2299                   tq_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tq_m(k,j,i)
[1015]2300                ENDIF
2301             ENDDO
2302          ENDDO
2303       ENDDO
2304
2305       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'stop' )
2306
[1361]2307!
2308!--    If required, calculate prognostic equations for rain water content
2309!--    and rain drop concentration
2310       IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  precipitation )  THEN
2311
2312          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'start' )
2313!
2314!--       qr-tendency terms with communication
2315          sbt = tsc(2)
2316          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2317
2318             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2319!
2320!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
2321                sbt = 1.0_wp
2322             ENDIF
2323             tend = 0.0_wp
2324             CALL advec_s_bc( qr, 'qr' )
2325
2326          ENDIF
2327
2328!
2329!--       qr-tendency terms with no communication
2330          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
2331             tend = 0.0_wp
2332             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2333                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2334                   CALL advec_s_ws( qr, 'qr' )
2335                ELSE
2336                   CALL advec_s_pw( qr )
2337                ENDIF
2338             ELSE
2339                CALL advec_s_up( qr )
2340             ENDIF
2341          ENDIF
2342
2343          CALL diffusion_s( qr, qrsws, qrswst, wall_qrflux )
2344
2345          CALL user_actions( 'qr-tendency' )
2346
2347!
2348!--       Prognostic equation for rain water content
2349          DO  i = i_left, i_right
2350             DO  j = j_south, j_north
2351                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2352                   qr_p(k,j,i) = qr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
2353                                                       tsc(3) * tqr_m(k,j,i) ) &
2354                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * qr(k,j,i)
2355                   IF ( qr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  qr_p(k,j,i) = 0.0_wp
2356!
2357!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2358                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2359                      tqr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2360                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
2361                      tqr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp *    &
2362                                                                tqr_m(k,j,i)
2363                   ENDIF
2364                ENDDO
2365             ENDDO
2366          ENDDO
2367
2368          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'stop' )
2369          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'start' )
2370
2371!
2372!--       nr-tendency terms with communication
2373          sbt = tsc(2)
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:
2379                sbt = 1.0_wp
2380             ENDIF
2381             tend = 0.0_wp
2382             CALL advec_s_bc( nr, 'nr' )
2383
2384          ENDIF
2385
2386!
2387!--       nr-tendency terms with no communication
2388          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
2389             tend = 0.0_wp
2390             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2391                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2392                   CALL advec_s_ws( nr, 'nr' )
2393                ELSE
2394                   CALL advec_s_pw( nr )
2395                ENDIF
2396             ELSE
2397                CALL advec_s_up( nr )
2398             ENDIF
2399          ENDIF
2400
2401          CALL diffusion_s( nr, nrsws, nrswst, wall_nrflux )
2402
2403          CALL user_actions( 'nr-tendency' )
2404
2405!
2406!--       Prognostic equation for rain drop concentration
2407          DO  i = i_left, i_right
2408             DO  j = j_south, j_north
2409                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2410                   nr_p(k,j,i) = nr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
2411                                                       tsc(3) * tnr_m(k,j,i) ) &
2412                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * nr(k,j,i)
2413                   IF ( nr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  nr_p(k,j,i) = 0.0_wp
2414!
2415!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2416                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2417                      tnr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2418                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
2419                      tnr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp *    &
2420                                                                tnr_m(k,j,i)
2421                   ENDIF
2422                ENDDO
2423             ENDDO
2424          ENDDO
2425
2426          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'stop' )
2427
2428       ENDIF
2429
[1015]2430    ENDIF
2431
2432!
2433!-- If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
2434!-- energy (TKE)
2435    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
2436
2437       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'start' )
2438
2439       sbt = tsc(2)
2440       IF ( .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
2441          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2442
2443             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2444!
2445!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]2446                sbt = 1.0_wp
[1015]2447             ENDIF
[1337]2448             tend = 0.0_wp
[1015]2449             CALL advec_s_bc( e, 'e' )
2450
2451          ENDIF
2452       ENDIF
2453
2454!
2455!--    TKE-tendency terms with no communication
2456       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme'  .OR.  use_upstream_for_tke )  THEN
2457          IF ( use_upstream_for_tke )  THEN
[1337]2458             tend = 0.0_wp
[1015]2459             CALL advec_s_up( e )
2460          ELSE
2461             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2462                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2463                   CALL advec_s_ws_acc( e, 'e' )
2464                ELSE
[1337]2465                   tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]2466                   CALL advec_s_pw( e )
2467                ENDIF
2468             ELSE
[1337]2469                tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]2470                CALL advec_s_up( e )
2471             ENDIF
2472          ENDIF
2473       ENDIF
2474
2475       IF ( .NOT. humidity )  THEN
2476          IF ( ocean )  THEN
2477             CALL diffusion_e( prho, prho_reference )
2478          ELSE
2479             CALL diffusion_e_acc( pt, pt_reference )
2480          ENDIF
2481       ELSE
2482          CALL diffusion_e( vpt, pt_reference )
2483       ENDIF
2484
2485       CALL production_e_acc
2486
2487!
2488!--    Additional sink term for flows through plant canopies
2489       IF ( plant_canopy )  CALL plant_canopy_model( 6 )
2490       CALL user_actions( 'e-tendency' )
2491
2492!
2493!--    Prognostic equation for TKE.
2494!--    Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
2495!--    reasons in the course of the integration. In such cases the old TKE
2496!--    value is reduced by 90%.
2497       !$acc kernels present( e, e_p, nzb_s_inner, tend, te_m )
[1257]2498       !$acc loop independent
[1128]2499       DO  i = i_left, i_right
[1257]2500          !$acc loop independent
[1128]2501          DO  j = j_south, j_north
[1257]2502             !$acc loop independent
[1015]2503             DO  k = 1, nzt
2504                IF ( k > nzb_s_inner(j,i) )  THEN
2505                   e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
2506                                                     tsc(3) * te_m(k,j,i) )
[1337]2507                   IF ( e_p(k,j,i) < 0.0_wp )  e_p(k,j,i) = 0.1_wp * e(k,j,i)
[1015]2508!
2509!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2510                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2511                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2512                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2513                      te_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * te_m(k,j,i)
[1015]2514                   ENDIF
2515                ENDIF
2516             ENDDO
2517          ENDDO
2518       ENDDO
2519       !$acc end kernels
2520
2521       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'stop' )
2522
2523    ENDIF
2524
2525 END SUBROUTINE prognostic_equations_acc
2526
2527
[736]2528 END MODULE prognostic_equations_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.