source: palm/trunk/SOURCE/prognostic_equations.f90 @ 4340

Last change on this file since 4340 was 4329, checked in by motisi, 5 years ago

Renamed wall_flags_0 to wall_flags_static_0

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 59.2 KB
Line 
1!> @file prognostic_equations.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2019 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: prognostic_equations.f90 4329 2019-12-10 15:46:36Z Giersch $
27! Renamed wall_flags_0 to wall_flags_static_0
28!
29! 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf
30! Corrected "Former revisions" section
31!
32! 4110 2019-07-22 17:05:21Z suehring
33! pass integer flag array to WS scalar advection routine which is now necessary
34! as the flags may differ for scalars, e.g. pt can be cyclic while chemical
35! species may be non-cyclic. Further, pass boundary flags.
36!
37! 4109 2019-07-22 17:00:34Z suehring
38! Application of monotonic flux limiter for the vertical scalar advection
39! up to the topography top (only for the cache-optimized version at the
40! moment). Please note, at the moment the limiter is only applied for passive
41! scalars.
42!
43! 4048 2019-06-21 21:00:21Z knoop
44! Moved tcm_prognostic_equations to module_interface
45!
46! 3987 2019-05-22 09:52:13Z kanani
47! Introduce alternative switch for debug output during timestepping
48!
49! 3956 2019-05-07 12:32:52Z monakurppa
50! Removed salsa calls.
51!
52! 3931 2019-04-24 16:34:28Z schwenkel
53! Correct/complete module_interface introduction for chemistry model
54!
55! 3899 2019-04-16 14:05:27Z monakurppa
56! Corrections in the OpenMP version of salsa
57!
58! 3887 2019 -04-12 08:47:41Z schwenkel
59! Implicit Bugfix for chemistry model, loop for non_transport_physics over
60! ghost points is avoided. Instead introducing module_interface_exchange_horiz.
61!
62! 3885 2019-04-11 11:29:34Z kanani
63! Changes related to global restructuring of location messages and introduction
64! of additional debug messages
65!
66! 3881 2019-04-10 09:31:22Z suehring
67! Bugfix in OpenMP directive
68!
69! 3880 2019-04-08 21:43:02Z knoop
70! Moved wtm_tendencies to module_interface_actions
71!
72! 3874 2019-04-08 16:53:48Z knoop
73! Added non_transport_physics module interfaces and moved bcm code into it
74!
75! 3872 2019-04-08 15:03:06Z knoop
76! Moving prognostic equations of bcm into bulk_cloud_model_mod
77!
78! 3864 2019-04-05 09:01:56Z monakurppa
79! Modifications made for salsa:
80! - salsa_prognostic_equations moved to salsa_mod (and the call to
81!   module_interface_mod)
82! - Renamed nbins --> nbins_aerosol, ncc_tot --> ncomponents_mass and
83!   ngast --> ngases_salsa and loop indices b, c and sg to ib, ic and ig
84!
85! 3840 2019-03-29 10:35:52Z knoop
86! added USE chem_gasphase_mod for nspec, nspec and spc_names
87!
88! 3820 2019-03-27 11:53:41Z forkel
89! renamed do_depo to deposition_dry (ecc)
90!
91! 3797 2019-03-15 11:15:38Z forkel
92! Call chem_integegrate in OpenMP loop   (ketelsen)
93!
94!
95! 3771 2019-02-28 12:19:33Z raasch
96! preprocessor directivs fro rrtmg added
97!
98! 3761 2019-02-25 15:31:42Z raasch
99! unused variable removed
100!
101! 3719 2019-02-06 13:10:18Z kanani
102! Cleaned up chemistry cpu measurements
103!
104! 3684 2019-01-20 20:20:58Z knoop
105! OpenACC port for SPEC
106!
107! Revision 1.1  2000/04/13 14:56:27  schroeter
108! Initial revision
109!
110!
111! Description:
112! ------------
113!> Solving the prognostic equations.
114!------------------------------------------------------------------------------!
115 MODULE prognostic_equations_mod
116
117    USE advec_s_bc_mod,                                                        &
118        ONLY:  advec_s_bc
119
120    USE advec_s_pw_mod,                                                        &
121        ONLY:  advec_s_pw
122
123    USE advec_s_up_mod,                                                        &
124        ONLY:  advec_s_up
125
126    USE advec_u_pw_mod,                                                        &
127        ONLY:  advec_u_pw
128
129    USE advec_u_up_mod,                                                        &
130        ONLY:  advec_u_up
131
132    USE advec_v_pw_mod,                                                        &
133        ONLY:  advec_v_pw
134
135    USE advec_v_up_mod,                                                        &
136        ONLY:  advec_v_up
137
138    USE advec_w_pw_mod,                                                        &
139        ONLY:  advec_w_pw
140
141    USE advec_w_up_mod,                                                        &
142        ONLY:  advec_w_up
143
144    USE advec_ws,                                                              &
145        ONLY:  advec_s_ws, advec_u_ws, advec_v_ws, advec_w_ws
146
147    USE arrays_3d,                                                             &
148        ONLY:  diss_l_e, diss_l_pt, diss_l_q,                                  &
149               diss_l_s, diss_l_sa, diss_s_e,                                  &
150               diss_s_pt, diss_s_q, diss_s_s, diss_s_sa,                       &
151               e, e_p, flux_s_e, flux_s_pt, flux_s_q,                          &
152               flux_s_s, flux_s_sa, flux_l_e,                                  &
153               flux_l_pt, flux_l_q, flux_l_s,                                  &
154               flux_l_sa, pt, ptdf_x, ptdf_y, pt_init,                         &
155               pt_p, prho, q, q_init, q_p, rdf, rdf_sc,                        &
156               ref_state, rho_ocean, s, s_init, s_p, tend, te_m,               &
157               tpt_m, tq_m, ts_m, tu_m, tv_m, tw_m, u,                         &
158               ug, u_init, u_p, v, vg, vpt, v_init, v_p, w, w_p
159
160    USE buoyancy_mod,                                                          &
161        ONLY:  buoyancy
162
163    USE control_parameters,                                                    &
164        ONLY:  bc_dirichlet_l,                                                 &
165               bc_dirichlet_n,                                                 &
166               bc_dirichlet_r,                                                 &
167               bc_dirichlet_s,                                                 &
168               bc_radiation_l,                                                 &
169               bc_radiation_n,                                                 &
170               bc_radiation_r,                                                 &
171               bc_radiation_s,                                                 &
172               constant_diffusion,                                             &
173               debug_output_timestep,                                          &
174               dp_external, dp_level_ind_b, dp_smooth_factor, dpdxy, dt_3d,    &
175               humidity, intermediate_timestep_count,                          &
176               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
177               large_scale_subsidence,                                         &
178               monotonic_limiter_z,                                            &
179               neutral, nudging,                                               &
180               ocean_mode, passive_scalar, plant_canopy, pt_reference,         &
181               scalar_advec, scalar_advec, simulated_time, sloping_surface,    &
182               timestep_scheme, tsc, use_subsidence_tendencies,                &
183               use_upstream_for_tke, wind_turbine, ws_scheme_mom,              & 
184               ws_scheme_sca, urban_surface, land_surface,                     &
185               time_since_reference_point, salsa
186
187    USE coriolis_mod,                                                          &
188        ONLY:  coriolis
189
190    USE cpulog,                                                                &
191        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
192
193    USE diffusion_s_mod,                                                       &
194        ONLY:  diffusion_s
195
196    USE diffusion_u_mod,                                                       &
197        ONLY:  diffusion_u
198
199    USE diffusion_v_mod,                                                       &
200        ONLY:  diffusion_v
201
202    USE diffusion_w_mod,                                                       &
203        ONLY:  diffusion_w
204
205    USE indices,                                                               &
206        ONLY:  advc_flags_s,                                                   &
207               nbgp, nxl, nxlg, nxlu, nxr, nxrg, nyn, nyng, nys, nysg, nysv,   &
208               nzb, nzt, wall_flags_static_0
209
210    USE kinds
211
212    USE lsf_nudging_mod,                                                       &
213        ONLY:  ls_advec, nudge
214
215    USE module_interface,                                                      &
216        ONLY:  module_interface_actions, &
217               module_interface_non_advective_processes, &
218               module_interface_exchange_horiz, &
219               module_interface_prognostic_equations
220
221    USE ocean_mod,                                                             &
222        ONLY:  stokes_drift_terms, stokes_force,   &
223               wave_breaking, wave_breaking_term
224
225    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
226        ONLY:  cthf, pcm_tendency
227
228#if defined( __rrtmg )
229    USE radiation_model_mod,                                                   &
230        ONLY:  radiation, radiation_tendency,                                  &
231               skip_time_do_radiation
232#endif
233
234    USE statistics,                                                            &
235        ONLY:  hom
236
237    USE subsidence_mod,                                                        &
238        ONLY:  subsidence
239
240    USE surface_mod,                                                           &
241        ONLY :  surf_def_h, surf_def_v, surf_lsm_h, surf_lsm_v, surf_usm_h,    &
242                surf_usm_v
243
244    IMPLICIT NONE
245
246    PRIVATE
247    PUBLIC prognostic_equations_cache, prognostic_equations_vector
248
249    INTERFACE prognostic_equations_cache
250       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_cache
251    END INTERFACE prognostic_equations_cache
252
253    INTERFACE prognostic_equations_vector
254       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_vector
255    END INTERFACE prognostic_equations_vector
256
257
258 CONTAINS
259
260
261!------------------------------------------------------------------------------!
262! Description:
263! ------------
264!> Version with one optimized loop over all equations. It is only allowed to
265!> be called for the Wicker and Skamarock or Piascek-Williams advection scheme.
266!>
267!> Here the calls of most subroutines are embedded in two DO loops over i and j,
268!> so communication between CPUs is not allowed (does not make sense) within
269!> these loops.
270!>
271!> (Optimized to avoid cache missings, i.e. for Power4/5-architectures.)
272!------------------------------------------------------------------------------!
273
274 SUBROUTINE prognostic_equations_cache
275
276
277    INTEGER(iwp) ::  i                   !<
278    INTEGER(iwp) ::  i_omp_start         !<
279    INTEGER(iwp) ::  j                   !<
280    INTEGER(iwp) ::  k                   !<
281!$  INTEGER(iwp) ::  omp_get_thread_num  !<
282    INTEGER(iwp) ::  tn = 0              !<
283
284    LOGICAL      ::  loop_start          !<
285
286
287    IF ( debug_output_timestep )  CALL debug_message( 'prognostic_equations_cache', 'start' )
288!
289!-- Time measurement can only be performed for the whole set of equations
290    CALL cpu_log( log_point(32), 'all progn.equations', 'start' )
291
292    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,j)
293    !$OMP DO
294    DO  i = nxl, nxr
295       DO  j = nys, nyn
296!
297!--       Calculate non advective processes for all other modules
298          CALL module_interface_non_advective_processes( i, j )
299       ENDDO
300    ENDDO
301!
302!-- Module Inferface for exchange horiz after non_advective_processes but before
303!-- advection. Therefore, non_advective_processes must not run for ghost points.
304    !$OMP END PARALLEL
305    CALL module_interface_exchange_horiz()
306!
307!-- Loop over all prognostic equations
308    !$OMP PARALLEL PRIVATE (i,i_omp_start,j,k,loop_start,tn)
309
310    !$  tn = omp_get_thread_num()
311    loop_start = .TRUE.
312
313    !$OMP DO
314    DO  i = nxl, nxr
315
316!
317!--    Store the first loop index. It differs for each thread and is required
318!--    later in advec_ws
319       IF ( loop_start )  THEN
320          loop_start  = .FALSE.
321          i_omp_start = i
322       ENDIF
323
324       DO  j = nys, nyn
325!
326!--       Tendency terms for u-velocity component. Please note, in case of
327!--       non-cyclic boundary conditions the grid point i=0 is excluded from
328!--       the prognostic equations for the u-component.
329          IF ( i >= nxlu )  THEN
330
331             tend(:,j,i) = 0.0_wp
332             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
333                IF ( ws_scheme_mom )  THEN
334                   CALL advec_u_ws( i, j, i_omp_start, tn )
335                ELSE
336                   CALL advec_u_pw( i, j )
337                ENDIF
338             ELSE
339                CALL advec_u_up( i, j )
340             ENDIF
341             CALL diffusion_u( i, j )
342             CALL coriolis( i, j, 1 )
343             IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
344                CALL buoyancy( i, j, pt, 1 )
345             ENDIF
346
347!
348!--          Drag by plant canopy
349             IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( i, j, 1 )
350
351!
352!--          External pressure gradient
353             IF ( dp_external )  THEN
354                DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
355                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
356                ENDDO
357             ENDIF
358
359!
360!--          Nudging
361             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'u' )
362
363!
364!--          Effect of Stokes drift (in ocean mode only)
365             IF ( stokes_force )  CALL stokes_drift_terms( i, j, 1 )
366
367             CALL module_interface_actions( i, j, 'u-tendency' )
368!
369!--          Prognostic equation for u-velocity component
370             DO  k = nzb+1, nzt
371
372                u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + ( dt_3d *                               &
373                                            ( tsc(2) * tend(k,j,i) +            &
374                                              tsc(3) * tu_m(k,j,i) )            &
375                                            - tsc(5) * rdf(k)                   &
376                                                     * ( u(k,j,i) - u_init(k) ) &
377                                        ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,              &
378                                                   BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 1 )&
379                                                 )
380             ENDDO
381
382!
383!--          Add turbulence generated by wave breaking (in ocean mode only)
384             IF ( wave_breaking  .AND.                                         &
385               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
386             THEN
387                CALL wave_breaking_term( i, j, 1 )
388             ENDIF
389
390!
391!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
392             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
393                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
394                   DO  k = nzb+1, nzt
395                      tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
396                   ENDDO
397                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
398                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
399                   DO  k = nzb+1, nzt
400                      tu_m(k,j,i) =   -9.5625_wp * tend(k,j,i)                &
401                                     + 5.3125_wp * tu_m(k,j,i)
402                   ENDDO
403                ENDIF
404             ENDIF
405
406          ENDIF
407!
408!--       Tendency terms for v-velocity component. Please note, in case of
409!--       non-cyclic boundary conditions the grid point j=0 is excluded from
410!--       the prognostic equations for the v-component. !--       
411          IF ( j >= nysv )  THEN
412
413             tend(:,j,i) = 0.0_wp
414             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
415                IF ( ws_scheme_mom )  THEN
416                    CALL advec_v_ws( i, j, i_omp_start, tn )
417                ELSE
418                    CALL advec_v_pw( i, j )
419                ENDIF
420             ELSE
421                CALL advec_v_up( i, j )
422             ENDIF
423             CALL diffusion_v( i, j )
424             CALL coriolis( i, j, 2 )
425
426!
427!--          Drag by plant canopy
428             IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( i, j, 2 )
429
430!
431!--          External pressure gradient
432             IF ( dp_external )  THEN
433                DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
434                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
435                ENDDO
436             ENDIF
437
438!
439!--          Nudging
440             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'v' )
441
442!
443!--          Effect of Stokes drift (in ocean mode only)
444             IF ( stokes_force )  CALL stokes_drift_terms( i, j, 2 )
445
446             CALL module_interface_actions( i, j, 'v-tendency' )
447!
448!--          Prognostic equation for v-velocity component
449             DO  k = nzb+1, nzt
450                v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + ( dt_3d *                              &
451                                            ( tsc(2) * tend(k,j,i) +           &
452                                              tsc(3) * tv_m(k,j,i) )           &
453                                            - tsc(5) * rdf(k)                  &
454                                                     * ( v(k,j,i) - v_init(k) )&
455                                        ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,             &
456                                                   BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 2 )&
457                                                 )
458             ENDDO
459
460!
461!--          Add turbulence generated by wave breaking (in ocean mode only)
462             IF ( wave_breaking  .AND.                                         &
463               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
464             THEN
465                CALL wave_breaking_term( i, j, 2 )
466             ENDIF
467
468!
469!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
470             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
471                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
472                   DO  k = nzb+1, nzt
473                      tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
474                   ENDDO
475                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
476                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
477                   DO  k = nzb+1, nzt
478                      tv_m(k,j,i) =   -9.5625_wp * tend(k,j,i)                 &
479                                     + 5.3125_wp * tv_m(k,j,i)
480                   ENDDO
481                ENDIF
482             ENDIF
483
484          ENDIF
485
486!
487!--       Tendency terms for w-velocity component
488          tend(:,j,i) = 0.0_wp
489          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
490             IF ( ws_scheme_mom )  THEN
491                CALL advec_w_ws( i, j, i_omp_start, tn )
492             ELSE
493                CALL advec_w_pw( i, j )
494             END IF
495          ELSE
496             CALL advec_w_up( i, j )
497          ENDIF
498          CALL diffusion_w( i, j )
499          CALL coriolis( i, j, 3 )
500
501          IF ( .NOT. neutral )  THEN
502             IF ( ocean_mode )  THEN
503                CALL buoyancy( i, j, rho_ocean, 3 )
504             ELSE
505                IF ( .NOT. humidity )  THEN
506                   CALL buoyancy( i, j, pt, 3 )
507                ELSE
508                   CALL buoyancy( i, j, vpt, 3 )
509                ENDIF
510             ENDIF
511          ENDIF
512
513!
514!--       Drag by plant canopy
515          IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( i, j, 3 )
516
517!
518!--       Effect of Stokes drift (in ocean mode only)
519          IF ( stokes_force )  CALL stokes_drift_terms( i, j, 3 )
520
521          CALL module_interface_actions( i, j, 'w-tendency' )
522!
523!--       Prognostic equation for w-velocity component
524          DO  k = nzb+1, nzt-1
525             w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + ( dt_3d *                                 &
526                                             ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
527                                               tsc(3) * tw_m(k,j,i) )          &
528                                             - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)      &
529                                     ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                &
530                                                BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 3 )&
531                                              )
532          ENDDO
533
534!
535!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
536          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
537             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
538                DO  k = nzb+1, nzt-1
539                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
540                ENDDO
541             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
542                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
543                DO  k = nzb+1, nzt-1
544                   tw_m(k,j,i) =   -9.5625_wp * tend(k,j,i)                    &
545                                  + 5.3125_wp * tw_m(k,j,i)
546                ENDDO
547             ENDIF
548          ENDIF
549
550!
551!--       If required, compute prognostic equation for potential temperature
552          IF ( .NOT. neutral )  THEN
553!
554!--          Tendency terms for potential temperature
555             tend(:,j,i) = 0.0_wp
556             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
557                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
558                      CALL advec_s_ws( advc_flags_s,                           &
559                                       i, j, pt, 'pt', flux_s_pt, diss_s_pt,   &
560                                       flux_l_pt, diss_l_pt, i_omp_start, tn,  &
561                                       bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l,   &
562                                       bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n,   &
563                                       bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r,   &
564                                       bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )
565                   ELSE
566                      CALL advec_s_pw( i, j, pt )
567                   ENDIF
568             ELSE
569                CALL advec_s_up( i, j, pt )
570             ENDIF
571             CALL diffusion_s( i, j, pt,                                       &
572                               surf_def_h(0)%shf, surf_def_h(1)%shf,           &
573                               surf_def_h(2)%shf,                              &
574                               surf_lsm_h%shf,    surf_usm_h%shf,              &
575                               surf_def_v(0)%shf, surf_def_v(1)%shf,           &
576                               surf_def_v(2)%shf, surf_def_v(3)%shf,           &
577                               surf_lsm_v(0)%shf, surf_lsm_v(1)%shf,           &
578                               surf_lsm_v(2)%shf, surf_lsm_v(3)%shf,           &
579                               surf_usm_v(0)%shf, surf_usm_v(1)%shf,           &
580                               surf_usm_v(2)%shf, surf_usm_v(3)%shf )
581
582!
583!--          Consideration of heat sources within the plant canopy
584             IF ( plant_canopy  .AND.                                          &
585                (cthf /= 0.0_wp  .OR. urban_surface  .OR.  land_surface) )  THEN
586                CALL pcm_tendency( i, j, 4 )
587             ENDIF
588
589!
590!--          Large scale advection
591             IF ( large_scale_forcing )  THEN
592                CALL ls_advec( i, j, simulated_time, 'pt' )
593             ENDIF
594
595!
596!--          Nudging
597             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'pt' )
598
599!
600!--          If required, compute effect of large-scale subsidence/ascent
601             IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                &
602                  .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
603                CALL subsidence( i, j, tend, pt, pt_init, 2 )
604             ENDIF
605
606#if defined( __rrtmg )
607!
608!--          If required, add tendency due to radiative heating/cooling
609             IF ( radiation  .AND.                                             &
610                  simulated_time > skip_time_do_radiation )  THEN
611                CALL radiation_tendency ( i, j, tend )
612             ENDIF
613#endif
614
615             CALL module_interface_actions( i, j, 'pt-tendency' )
616!
617!--          Prognostic equation for potential temperature
618             DO  k = nzb+1, nzt
619                pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + ( dt_3d *                            &
620                                                  ( tsc(2) * tend(k,j,i) +     &
621                                                    tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
622                                                  - tsc(5)                     &
623                                                  * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) &
624                                                  * ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i)    &
625                                                                + ptdf_y(j) )  &
626                                          )                                    &
627                                       * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                &
628                                                BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 0 )&
629                                              )
630             ENDDO
631
632!
633!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
634             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
635                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
636                   DO  k = nzb+1, nzt
637                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
638                   ENDDO
639                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
640                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
641                   DO  k = nzb+1, nzt
642                      tpt_m(k,j,i) =   -9.5625_wp * tend(k,j,i) +              &
643                                        5.3125_wp * tpt_m(k,j,i)
644                   ENDDO
645                ENDIF
646             ENDIF
647
648          ENDIF
649
650!
651!--       If required, compute prognostic equation for total water content
652          IF ( humidity )  THEN
653
654!
655!--          Tendency-terms for total water content / scalar
656             tend(:,j,i) = 0.0_wp
657             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )                            &
658             THEN
659                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
660                   CALL advec_s_ws( advc_flags_s,                              &
661                                    i, j, q, 'q', flux_s_q,                    &
662                                    diss_s_q, flux_l_q, diss_l_q,              &
663                                    i_omp_start, tn,                           &
664                                    bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l,      &
665                                    bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n,      &
666                                    bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r,      &
667                                    bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )
668                ELSE
669                   CALL advec_s_pw( i, j, q )
670                ENDIF
671             ELSE
672                CALL advec_s_up( i, j, q )
673             ENDIF
674             CALL diffusion_s( i, j, q,                                        &
675                               surf_def_h(0)%qsws, surf_def_h(1)%qsws,         &
676                               surf_def_h(2)%qsws,                             &
677                               surf_lsm_h%qsws,    surf_usm_h%qsws,            &
678                               surf_def_v(0)%qsws, surf_def_v(1)%qsws,         &
679                               surf_def_v(2)%qsws, surf_def_v(3)%qsws,         &
680                               surf_lsm_v(0)%qsws, surf_lsm_v(1)%qsws,         &
681                               surf_lsm_v(2)%qsws, surf_lsm_v(3)%qsws,         &
682                               surf_usm_v(0)%qsws, surf_usm_v(1)%qsws,         &
683                               surf_usm_v(2)%qsws, surf_usm_v(3)%qsws )
684
685!
686!--          Sink or source of humidity due to canopy elements
687             IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( i, j, 5 )
688
689!
690!--          Large scale advection
691             IF ( large_scale_forcing )  THEN
692                CALL ls_advec( i, j, simulated_time, 'q' )
693             ENDIF
694
695!
696!--          Nudging
697             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'q' )
698
699!
700!--          If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
701             IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                &
702                  .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
703                CALL subsidence( i, j, tend, q, q_init, 3 )
704             ENDIF
705
706             CALL module_interface_actions( i, j, 'q-tendency' )
707
708!
709!--          Prognostic equation for total water content / scalar
710             DO  k = nzb+1, nzt
711                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + ( dt_3d *                              &
712                                                ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
713                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
714                                                - tsc(5) * rdf_sc(k) *         &
715                                                      ( q(k,j,i) - q_init(k) ) &
716                                        )                                      &
717                                       * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                &
718                                                BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 0 )&
719                                              )               
720                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0_wp )  q_p(k,j,i) = 0.1_wp * q(k,j,i)
721             ENDDO
722
723!
724!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
725             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
726                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
727                   DO  k = nzb+1, nzt
728                      tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
729                   ENDDO
730                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
731                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
732                   DO  k = nzb+1, nzt
733                      tq_m(k,j,i) =   -9.5625_wp * tend(k,j,i) +               &
734                                       5.3125_wp * tq_m(k,j,i)
735                   ENDDO
736                ENDIF
737             ENDIF
738
739          ENDIF
740
741!
742!--       If required, compute prognostic equation for scalar
743          IF ( passive_scalar )  THEN
744!
745!--          Tendency-terms for total water content / scalar
746             tend(:,j,i) = 0.0_wp
747             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )                            &
748             THEN
749                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
750!
751!--                For scalar advection apply monotonic flux limiter near
752!--                topography.
753                   CALL advec_s_ws( advc_flags_s,                              &
754                                    i, j, s, 's', flux_s_s,                    &
755                                    diss_s_s, flux_l_s, diss_l_s, i_omp_start, &
756                                    tn,                                        &
757                                    bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l,      &
758                                    bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n,      &
759                                    bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r,      &
760                                    bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s,      &
761                                    monotonic_limiter_z )
762                ELSE
763                   CALL advec_s_pw( i, j, s )
764                ENDIF
765             ELSE
766                CALL advec_s_up( i, j, s )
767             ENDIF
768             CALL diffusion_s( i, j, s,                                        &
769                               surf_def_h(0)%ssws, surf_def_h(1)%ssws,         &
770                               surf_def_h(2)%ssws,                             &
771                               surf_lsm_h%ssws,    surf_usm_h%ssws,            &
772                               surf_def_v(0)%ssws, surf_def_v(1)%ssws,         &
773                               surf_def_v(2)%ssws, surf_def_v(3)%ssws,         &
774                               surf_lsm_v(0)%ssws, surf_lsm_v(1)%ssws,         &
775                               surf_lsm_v(2)%ssws, surf_lsm_v(3)%ssws,         &
776                               surf_usm_v(0)%ssws, surf_usm_v(1)%ssws,         &
777                               surf_usm_v(2)%ssws, surf_usm_v(3)%ssws )
778
779!
780!--          Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
781             IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( i, j, 7 )
782
783!
784!--          Large scale advection, still need to be extended for scalars
785!              IF ( large_scale_forcing )  THEN
786!                 CALL ls_advec( i, j, simulated_time, 's' )
787!              ENDIF
788
789!
790!--          Nudging, still need to be extended for scalars
791!              IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 's' )
792
793!
794!--          If required compute influence of large-scale subsidence/ascent.
795!--          Note, the last argument is of no meaning in this case, as it is
796!--          only used in conjunction with large_scale_forcing, which is to
797!--          date not implemented for scalars.
798             IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                &
799                  .NOT. use_subsidence_tendencies  .AND.                       &
800                  .NOT. large_scale_forcing )  THEN
801                CALL subsidence( i, j, tend, s, s_init, 3 )
802             ENDIF
803
804             CALL module_interface_actions( i, j, 's-tendency' )
805
806!
807!--          Prognostic equation for scalar
808             DO  k = nzb+1, nzt
809                s_p(k,j,i) = s(k,j,i) + (  dt_3d *                             &
810                                            ( tsc(2) * tend(k,j,i) +           &
811                                              tsc(3) * ts_m(k,j,i) )           &
812                                            - tsc(5) * rdf_sc(k)               &
813                                                     * ( s(k,j,i) - s_init(k) )&
814                                        )                                      &
815                                       * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                &
816                                                BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 0 )&
817                                              )
818                IF ( s_p(k,j,i) < 0.0_wp )  s_p(k,j,i) = 0.1_wp * s(k,j,i)
819             ENDDO
820
821!
822!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
823             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
824                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
825                   DO  k = nzb+1, nzt
826                      ts_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
827                   ENDDO
828                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
829                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
830                   DO  k = nzb+1, nzt
831                      ts_m(k,j,i) =   -9.5625_wp * tend(k,j,i) +               &
832                                       5.3125_wp * ts_m(k,j,i)
833                   ENDDO
834                ENDIF
835             ENDIF
836
837          ENDIF
838!
839!--       Calculate prognostic equations for all other modules
840          CALL module_interface_prognostic_equations( i, j, i_omp_start, tn )
841
842       ENDDO  ! loop over j
843    ENDDO  ! loop over i
844    !$OMP END PARALLEL
845
846
847    CALL cpu_log( log_point(32), 'all progn.equations', 'stop' )
848
849    IF ( debug_output_timestep )  CALL debug_message( 'prognostic_equations_cache', 'end' )
850
851 END SUBROUTINE prognostic_equations_cache
852
853
854!------------------------------------------------------------------------------!
855! Description:
856! ------------
857!> Version for vector machines
858!------------------------------------------------------------------------------!
859
860 SUBROUTINE prognostic_equations_vector
861
862
863    INTEGER(iwp) ::  i     !<
864    INTEGER(iwp) ::  j     !<
865    INTEGER(iwp) ::  k     !<
866
867    REAL(wp)     ::  sbt  !<
868
869
870    IF ( debug_output_timestep )  CALL debug_message( 'prognostic_equations_vector', 'start' )
871!
872!-- Calculate non advective processes for all other modules
873    CALL module_interface_non_advective_processes
874!
875!-- Module Inferface for exchange horiz after non_advective_processes but before
876!-- advection. Therefore, non_advective_processes must not run for ghost points.
877    CALL module_interface_exchange_horiz()
878!
879!-- u-velocity component
880    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'start' )
881
882    !$ACC KERNELS PRESENT(tend)
883    tend = 0.0_wp
884    !$ACC END KERNELS
885    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
886       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
887          CALL advec_u_ws
888       ELSE
889          CALL advec_u_pw
890       ENDIF
891    ELSE
892       CALL advec_u_up
893    ENDIF
894    CALL diffusion_u
895    CALL coriolis( 1 )
896    IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
897       CALL buoyancy( pt, 1 )
898    ENDIF
899
900!
901!-- Drag by plant canopy
902    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( 1 )
903
904!
905!-- External pressure gradient
906    IF ( dp_external )  THEN
907       DO  i = nxlu, nxr
908          DO  j = nys, nyn
909             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
910                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
911             ENDDO
912          ENDDO
913       ENDDO
914    ENDIF
915
916!
917!-- Nudging
918    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'u' )
919
920!
921!-- Effect of Stokes drift (in ocean mode only)
922    IF ( stokes_force )  CALL stokes_drift_terms( 1 )
923
924    CALL module_interface_actions( 'u-tendency' )
925
926!
927!-- Prognostic equation for u-velocity component
928    !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
929    !$ACC PRESENT(u, tend, tu_m, u_init, rdf, wall_flags_static_0) &
930    !$ACC PRESENT(tsc(2:5)) &
931    !$ACC PRESENT(u_p)
932    DO  i = nxlu, nxr
933       DO  j = nys, nyn
934          DO  k = nzb+1, nzt
935             u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + ( dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
936                                                 tsc(3) * tu_m(k,j,i) )          &
937                                               - tsc(5) * rdf(k) *               &
938                                                        ( u(k,j,i) - u_init(k) ) &
939                                     ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
940                                                 BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 1 ) &
941                                              )
942          ENDDO
943       ENDDO
944    ENDDO
945
946!
947!-- Add turbulence generated by wave breaking (in ocean mode only)
948    IF ( wave_breaking  .AND.                                                  &
949         intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )      &
950    THEN
951       CALL wave_breaking_term( 1 )
952    ENDIF
953
954!
955!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
956    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
957       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
958          !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
959          !$ACC PRESENT(tend, tu_m)
960          DO  i = nxlu, nxr
961             DO  j = nys, nyn
962                DO  k = nzb+1, nzt
963                   tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
964                ENDDO
965             ENDDO
966          ENDDO
967       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
968                intermediate_timestep_count_max )  THEN
969          !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
970          !$ACC PRESENT(tend, tu_m)
971          DO  i = nxlu, nxr
972             DO  j = nys, nyn
973                DO  k = nzb+1, nzt
974                   tu_m(k,j,i) =    -9.5625_wp * tend(k,j,i)                   &
975                                   + 5.3125_wp * tu_m(k,j,i)
976                ENDDO
977             ENDDO
978          ENDDO
979       ENDIF
980    ENDIF
981
982    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'stop' )
983
984!
985!-- v-velocity component
986    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'start' )
987
988    !$ACC KERNELS PRESENT(tend)
989    tend = 0.0_wp
990    !$ACC END KERNELS
991    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
992       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
993          CALL advec_v_ws
994       ELSE
995          CALL advec_v_pw
996       END IF
997    ELSE
998       CALL advec_v_up
999    ENDIF
1000    CALL diffusion_v
1001    CALL coriolis( 2 )
1002
1003!
1004!-- Drag by plant canopy
1005    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( 2 )
1006
1007!
1008!-- External pressure gradient
1009    IF ( dp_external )  THEN
1010       DO  i = nxl, nxr
1011          DO  j = nysv, nyn
1012             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1013                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
1014             ENDDO
1015          ENDDO
1016       ENDDO
1017    ENDIF
1018
1019!
1020!-- Nudging
1021    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'v' )
1022
1023!
1024!-- Effect of Stokes drift (in ocean mode only)
1025    IF ( stokes_force )  CALL stokes_drift_terms( 2 )
1026
1027    CALL module_interface_actions( 'v-tendency' )
1028
1029!
1030!-- Prognostic equation for v-velocity component
1031    !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
1032    !$ACC PRESENT(v, tend, tv_m, v_init, rdf, wall_flags_static_0) &
1033    !$ACC PRESENT(tsc(2:5)) &
1034    !$ACC PRESENT(v_p)
1035    DO  i = nxl, nxr
1036       DO  j = nysv, nyn
1037          DO  k = nzb+1, nzt
1038             v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + ( dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +        &
1039                                                 tsc(3) * tv_m(k,j,i) )        &
1040                                               - tsc(5) * rdf(k) *             &
1041                                                      ( v(k,j,i) - v_init(k) ) &
1042                                     ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                &
1043                                                BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 2 )&
1044                                              )
1045          ENDDO
1046       ENDDO
1047    ENDDO
1048
1049!
1050!-- Add turbulence generated by wave breaking (in ocean mode only)
1051    IF ( wave_breaking  .AND.                                                  &
1052         intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )      &
1053    THEN
1054       CALL wave_breaking_term( 2 )
1055    ENDIF
1056
1057!
1058!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1059    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1060       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1061          !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
1062          !$ACC PRESENT(tend, tv_m)
1063          DO  i = nxl, nxr
1064             DO  j = nysv, nyn
1065                DO  k = nzb+1, nzt
1066                   tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1067                ENDDO
1068             ENDDO
1069          ENDDO
1070       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1071                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1072          !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
1073          !$ACC PRESENT(tend, tv_m)
1074          DO  i = nxl, nxr
1075             DO  j = nysv, nyn
1076                DO  k = nzb+1, nzt
1077                   tv_m(k,j,i) =   -9.5625_wp * tend(k,j,i)                    &
1078                                  + 5.3125_wp * tv_m(k,j,i)
1079                ENDDO
1080             ENDDO
1081          ENDDO
1082       ENDIF
1083    ENDIF
1084
1085    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'stop' )
1086
1087!
1088!-- w-velocity component
1089    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'start' )
1090
1091    !$ACC KERNELS PRESENT(tend)
1092    tend = 0.0_wp
1093    !$ACC END KERNELS
1094    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1095       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1096          CALL advec_w_ws
1097       ELSE
1098          CALL advec_w_pw
1099       ENDIF
1100    ELSE
1101       CALL advec_w_up
1102    ENDIF
1103    CALL diffusion_w
1104    CALL coriolis( 3 )
1105
1106    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1107       IF ( ocean_mode )  THEN
1108          CALL buoyancy( rho_ocean, 3 )
1109       ELSE
1110          IF ( .NOT. humidity )  THEN
1111             CALL buoyancy( pt, 3 )
1112          ELSE
1113             CALL buoyancy( vpt, 3 )
1114          ENDIF
1115       ENDIF
1116    ENDIF
1117
1118!
1119!-- Drag by plant canopy
1120    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( 3 )
1121
1122!
1123!-- Effect of Stokes drift (in ocean mode only)
1124    IF ( stokes_force )  CALL stokes_drift_terms( 3 )
1125
1126    CALL module_interface_actions( 'w-tendency' )
1127
1128!
1129!-- Prognostic equation for w-velocity component
1130    !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
1131    !$ACC PRESENT(w, tend, tw_m, v_init, rdf, wall_flags_static_0) &
1132    !$ACC PRESENT(tsc(2:5)) &
1133    !$ACC PRESENT(w_p)
1134    DO  i = nxl, nxr
1135       DO  j = nys, nyn
1136          DO  k = nzb+1, nzt-1
1137             w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + ( dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +        &
1138                                                 tsc(3) * tw_m(k,j,i) )        &
1139                                               - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)    &
1140                                     ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                &
1141                                                BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 3 )&
1142                                              )
1143          ENDDO
1144       ENDDO
1145    ENDDO
1146
1147!
1148!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1149    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1150       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1151          !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
1152          !$ACC PRESENT(tend, tw_m)
1153          DO  i = nxl, nxr
1154             DO  j = nys, nyn
1155                DO  k = nzb+1, nzt-1
1156                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1157                ENDDO
1158             ENDDO
1159          ENDDO
1160       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1161                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1162          !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
1163          !$ACC PRESENT(tend, tw_m)
1164          DO  i = nxl, nxr
1165             DO  j = nys, nyn
1166                DO  k = nzb+1, nzt-1
1167                   tw_m(k,j,i) =   -9.5625_wp * tend(k,j,i)                    &
1168                                  + 5.3125_wp * tw_m(k,j,i)
1169                ENDDO
1170             ENDDO
1171          ENDDO
1172       ENDIF
1173    ENDIF
1174
1175    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'stop' )
1176
1177
1178!
1179!-- If required, compute prognostic equation for potential temperature
1180    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1181
1182       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'start' )
1183
1184!
1185!--    pt-tendency terms with communication
1186       sbt = tsc(2)
1187       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1188
1189          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1190!
1191!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1192             sbt = 1.0_wp
1193          ENDIF
1194          tend = 0.0_wp
1195          CALL advec_s_bc( pt, 'pt' )
1196
1197       ENDIF
1198
1199!
1200!--    pt-tendency terms with no communication
1201       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1202          !$ACC KERNELS PRESENT(tend)
1203          tend = 0.0_wp
1204          !$ACC END KERNELS
1205          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1206             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1207                CALL advec_s_ws( advc_flags_s, pt, 'pt',                       &
1208                                 bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l,         &
1209                                 bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n,         &
1210                                 bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r,         &
1211                                 bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )
1212             ELSE
1213                CALL advec_s_pw( pt )
1214             ENDIF
1215          ELSE
1216             CALL advec_s_up( pt )
1217          ENDIF
1218       ENDIF
1219
1220       CALL diffusion_s( pt,                                                   &
1221                         surf_def_h(0)%shf, surf_def_h(1)%shf,                 &
1222                         surf_def_h(2)%shf,                                    &
1223                         surf_lsm_h%shf,    surf_usm_h%shf,                    &
1224                         surf_def_v(0)%shf, surf_def_v(1)%shf,                 &
1225                         surf_def_v(2)%shf, surf_def_v(3)%shf,                 &
1226                         surf_lsm_v(0)%shf, surf_lsm_v(1)%shf,                 &
1227                         surf_lsm_v(2)%shf, surf_lsm_v(3)%shf,                 &
1228                         surf_usm_v(0)%shf, surf_usm_v(1)%shf,                 &
1229                         surf_usm_v(2)%shf, surf_usm_v(3)%shf )
1230
1231!
1232!--    Consideration of heat sources within the plant canopy
1233       IF ( plant_canopy  .AND.                                          &
1234            (cthf /= 0.0_wp  .OR. urban_surface  .OR.  land_surface) )  THEN
1235          CALL pcm_tendency( 4 )
1236       ENDIF
1237
1238!
1239!--    Large scale advection
1240       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1241          CALL ls_advec( simulated_time, 'pt' )
1242       ENDIF
1243
1244!
1245!--    Nudging
1246       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'pt' )
1247
1248!
1249!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
1250       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
1251            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
1252          CALL subsidence( tend, pt, pt_init, 2 )
1253       ENDIF
1254
1255#if defined( __rrtmg )
1256!
1257!--    If required, add tendency due to radiative heating/cooling
1258       IF ( radiation  .AND.                                                   &
1259            simulated_time > skip_time_do_radiation )  THEN
1260            CALL radiation_tendency ( tend )
1261       ENDIF
1262#endif
1263
1264       CALL module_interface_actions( 'pt-tendency' )
1265
1266!
1267!--    Prognostic equation for potential temperature
1268       !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
1269       !$ACC PRESENT(pt, tend, tpt_m, wall_flags_static_0) &
1270       !$ACC PRESENT(pt_init, rdf_sc, ptdf_x, ptdf_y) &
1271       !$ACC PRESENT(tsc(3:5)) &
1272       !$ACC PRESENT(pt_p)
1273       DO  i = nxl, nxr
1274          DO  j = nys, nyn
1275             DO  k = nzb+1, nzt
1276                pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + ( dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +      &
1277                                                   tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )     &
1278                                                 - tsc(5) *                    &
1279                                                   ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
1280                                          ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )&
1281                                          )                                    &
1282                                   * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                    &
1283                                             BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 0 )   &
1284                                          )
1285             ENDDO
1286          ENDDO
1287       ENDDO
1288!
1289!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1290       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1291          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1292             !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
1293             !$ACC PRESENT(tend, tpt_m)
1294             DO  i = nxl, nxr
1295                DO  j = nys, nyn
1296                   DO  k = nzb+1, nzt
1297                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1298                   ENDDO
1299                ENDDO
1300             ENDDO
1301          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1302                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1303             !$ACC PARALLEL LOOP COLLAPSE(3) PRIVATE(i, j, k) &
1304             !$ACC PRESENT(tend, tpt_m)
1305             DO  i = nxl, nxr
1306                DO  j = nys, nyn
1307                   DO  k = nzb+1, nzt
1308                      tpt_m(k,j,i) =   -9.5625_wp * tend(k,j,i) +              &
1309                                        5.3125_wp * tpt_m(k,j,i)
1310                   ENDDO
1311                ENDDO
1312             ENDDO
1313          ENDIF
1314       ENDIF
1315
1316       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'stop' )
1317
1318    ENDIF
1319
1320!
1321!-- If required, compute prognostic equation for total water content
1322    IF ( humidity )  THEN
1323
1324       CALL cpu_log( log_point(29), 'q-equation', 'start' )
1325
1326!
1327!--    Scalar/q-tendency terms with communication
1328       sbt = tsc(2)
1329       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1330
1331          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1332!
1333!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1334             sbt = 1.0_wp
1335          ENDIF
1336          tend = 0.0_wp
1337          CALL advec_s_bc( q, 'q' )
1338
1339       ENDIF
1340
1341!
1342!--    Scalar/q-tendency terms with no communication
1343       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1344          tend = 0.0_wp
1345          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1346             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1347                CALL advec_s_ws( advc_flags_s, q, 'q',                         &
1348                                 bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l,         &
1349                                 bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n,         &
1350                                 bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r,         &
1351                                 bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )
1352             ELSE
1353                CALL advec_s_pw( q )
1354             ENDIF
1355          ELSE
1356             CALL advec_s_up( q )
1357          ENDIF
1358       ENDIF
1359
1360       CALL diffusion_s( q,                                                    &
1361                         surf_def_h(0)%qsws, surf_def_h(1)%qsws,               &
1362                         surf_def_h(2)%qsws,                                   &
1363                         surf_lsm_h%qsws,    surf_usm_h%qsws,                  &
1364                         surf_def_v(0)%qsws, surf_def_v(1)%qsws,               &
1365                         surf_def_v(2)%qsws, surf_def_v(3)%qsws,               &
1366                         surf_lsm_v(0)%qsws, surf_lsm_v(1)%qsws,               &
1367                         surf_lsm_v(2)%qsws, surf_lsm_v(3)%qsws,               &
1368                         surf_usm_v(0)%qsws, surf_usm_v(1)%qsws,               &
1369                         surf_usm_v(2)%qsws, surf_usm_v(3)%qsws )
1370
1371!
1372!--    Sink or source of humidity due to canopy elements
1373       IF ( plant_canopy ) CALL pcm_tendency( 5 )
1374
1375!
1376!--    Large scale advection
1377       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1378          CALL ls_advec( simulated_time, 'q' )
1379       ENDIF
1380
1381!
1382!--    Nudging
1383       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'q' )
1384
1385!
1386!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
1387       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
1388            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
1389         CALL subsidence( tend, q, q_init, 3 )
1390       ENDIF
1391
1392       CALL module_interface_actions( 'q-tendency' )
1393
1394!
1395!--    Prognostic equation for total water content
1396       DO  i = nxl, nxr
1397          DO  j = nys, nyn
1398             DO  k = nzb+1, nzt
1399                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + ( dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1400                                                 tsc(3) * tq_m(k,j,i) )        &
1401                                               - tsc(5) * rdf_sc(k) *          &
1402                                                      ( q(k,j,i) - q_init(k) ) &
1403                                        ) * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,             &
1404                                                   BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 0 ) &
1405                                                 )
1406                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0_wp )  q_p(k,j,i) = 0.1_wp * q(k,j,i)
1407             ENDDO
1408          ENDDO
1409       ENDDO
1410
1411!
1412!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1413       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1414          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1415             DO  i = nxl, nxr
1416                DO  j = nys, nyn
1417                   DO  k = nzb+1, nzt
1418                      tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1419                   ENDDO
1420                ENDDO
1421             ENDDO
1422          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1423                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1424             DO  i = nxl, nxr
1425                DO  j = nys, nyn
1426                   DO  k = nzb+1, nzt
1427                      tq_m(k,j,i) =   -9.5625_wp * tend(k,j,i)                 &
1428                                     + 5.3125_wp * tq_m(k,j,i)
1429                   ENDDO
1430                ENDDO
1431             ENDDO
1432          ENDIF
1433       ENDIF
1434
1435       CALL cpu_log( log_point(29), 'q-equation', 'stop' )
1436
1437    ENDIF
1438!
1439!-- If required, compute prognostic equation for scalar
1440    IF ( passive_scalar )  THEN
1441
1442       CALL cpu_log( log_point(66), 's-equation', 'start' )
1443
1444!
1445!--    Scalar/q-tendency terms with communication
1446       sbt = tsc(2)
1447       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1448
1449          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1450!
1451!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1452             sbt = 1.0_wp
1453          ENDIF
1454          tend = 0.0_wp
1455          CALL advec_s_bc( s, 's' )
1456
1457       ENDIF
1458
1459!
1460!--    Scalar/q-tendency terms with no communication
1461       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1462          tend = 0.0_wp
1463          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1464             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1465                CALL advec_s_ws( advc_flags_s, s, 's',                         &
1466                                 bc_dirichlet_l  .OR.  bc_radiation_l,         &
1467                                 bc_dirichlet_n  .OR.  bc_radiation_n,         &
1468                                 bc_dirichlet_r  .OR.  bc_radiation_r,         &
1469                                 bc_dirichlet_s  .OR.  bc_radiation_s )
1470             ELSE
1471                CALL advec_s_pw( s )
1472             ENDIF
1473          ELSE
1474             CALL advec_s_up( s )
1475          ENDIF
1476       ENDIF
1477
1478       CALL diffusion_s( s,                                                    &
1479                         surf_def_h(0)%ssws, surf_def_h(1)%ssws,               &
1480                         surf_def_h(2)%ssws,                                   &
1481                         surf_lsm_h%ssws,    surf_usm_h%ssws,                  &
1482                         surf_def_v(0)%ssws, surf_def_v(1)%ssws,               &
1483                         surf_def_v(2)%ssws, surf_def_v(3)%ssws,               &
1484                         surf_lsm_v(0)%ssws, surf_lsm_v(1)%ssws,               &
1485                         surf_lsm_v(2)%ssws, surf_lsm_v(3)%ssws,               &
1486                         surf_usm_v(0)%ssws, surf_usm_v(1)%ssws,               &
1487                         surf_usm_v(2)%ssws, surf_usm_v(3)%ssws )
1488
1489!
1490!--    Sink or source of humidity due to canopy elements
1491       IF ( plant_canopy ) CALL pcm_tendency( 7 )
1492
1493!
1494!--    Large scale advection. Not implemented for scalars so far.
1495!        IF ( large_scale_forcing )  THEN
1496!           CALL ls_advec( simulated_time, 'q' )
1497!        ENDIF
1498
1499!
1500!--    Nudging. Not implemented for scalars so far.
1501!        IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'q' )
1502
1503!
1504!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent.
1505!--    Not implemented for scalars so far.
1506       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
1507            .NOT. use_subsidence_tendencies  .AND.                             &
1508            .NOT. large_scale_forcing )  THEN
1509         CALL subsidence( tend, s, s_init, 3 )
1510       ENDIF
1511
1512       CALL module_interface_actions( 's-tendency' )
1513
1514!
1515!--    Prognostic equation for total water content
1516       DO  i = nxl, nxr
1517          DO  j = nys, nyn
1518             DO  k = nzb+1, nzt
1519                s_p(k,j,i) = s(k,j,i) + ( dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1520                                                 tsc(3) * ts_m(k,j,i) )        &
1521                                               - tsc(5) * rdf_sc(k) *          &
1522                                                    ( s(k,j,i) - s_init(k) )   &
1523                                        )                                      &
1524                                   * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                    &
1525                                             BTEST( wall_flags_static_0(k,j,i), 0 )   &
1526                                          )
1527                IF ( s_p(k,j,i) < 0.0_wp )  s_p(k,j,i) = 0.1_wp * s(k,j,i)
1528             ENDDO
1529          ENDDO
1530       ENDDO
1531
1532!
1533!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1534       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1535          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1536             DO  i = nxl, nxr
1537                DO  j = nys, nyn
1538                   DO  k = nzb+1, nzt
1539                      ts_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1540                   ENDDO
1541                ENDDO
1542             ENDDO
1543          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1544                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1545             DO  i = nxl, nxr
1546                DO  j = nys, nyn
1547                   DO  k = nzb+1, nzt
1548                      ts_m(k,j,i) =   -9.5625_wp * tend(k,j,i)                 &
1549                                     + 5.3125_wp * ts_m(k,j,i)
1550                   ENDDO
1551                ENDDO
1552             ENDDO
1553          ENDIF
1554       ENDIF
1555
1556       CALL cpu_log( log_point(66), 's-equation', 'stop' )
1557
1558    ENDIF
1559!
1560!-- Calculate prognostic equations for all other modules
1561    CALL module_interface_prognostic_equations()
1562
1563    IF ( debug_output_timestep )  CALL debug_message( 'prognostic_equations_vector', 'end' )
1564
1565 END SUBROUTINE prognostic_equations_vector
1566
1567
1568 END MODULE prognostic_equations_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.