source: palm/trunk/SOURCE/prognostic_equations_mod.f90 @ 1851

Last change on this file since 1851 was 1851, checked in by maronga, 9 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 83.6 KB
RevLine 
[1850]1!> @file prognostic_equations_mod.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!
[1818]16! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
[1036]17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
[736]19! Current revisions:
[1092]20! ------------------
[1827]21!
22!
[1485]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: prognostic_equations_mod.f90 1851 2016-04-08 13:32:50Z maronga $
26!
[1851]27! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
28! Module renamed
29!
30!
[1827]31! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
32! Renamed canopy model calls.
33!
[1823]34! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
35! Kessler microphysics scheme moved to microphysics.
36!
[1822]37! 1757 2016-02-22 15:49:32Z maronga
[1758]38!
39!
[1757]40! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
[1692]41! Added optional model spin-up without radiation / land surface model calls.
42! Formatting corrections.
43!
[1691]44! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
45! Code annotations made doxygen readable
46!
47! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
[1586]48! Added call for temperature tendency calculation due to radiative flux divergence
49!
[1518]50! 1517 2015-01-07 19:12:25Z hoffmann
51! advec_s_bc_mod addded, since advec_s_bc is now a module
52!
[1517]53! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
[1497]54! Renamed "radiation" -> "cloud_top_radiation"
55!
[1496]56! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
[1484]57! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
58!   parameters cthf and plant_canopy moved to module plant_canopy_model_mod.
59! Removed double-listing of use_upstream_for_tke in ONLY-list of module
60! control_parameters
61!
62! 1409 2014-05-23 12:11:32Z suehring
[1409]63! Bugfix: i_omp_start changed for advec_u_ws at left inflow and outflow boundary.
64! This ensures that left-hand side fluxes are also calculated for nxl in that
65! case, even though the solution at nxl is overwritten in boundary_conds()
66!
67! 1398 2014-05-07 11:15:00Z heinze
[1398]68! Rayleigh-damping for horizontal velocity components changed: instead of damping
69! against ug and vg, damping against u_init and v_init is used to allow for a
70! homogenized treatment in case of nudging
71!
72! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
[1381]73! Change order of calls for scalar prognostic quantities:
74! ls_advec -> nudging -> subsidence since initial profiles
75!
[1380]76! 1374 2014-04-25 12:55:07Z raasch
77! missing variables added to ONLY lists
78!
79! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
[1365]80! Calls of ls_advec for large scale advection added,
81! subroutine subsidence is only called if use_subsidence_tendencies = .F.,
82! new argument ls_index added to the calls of subsidence
83! +ls_index
84!
85! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
[1361]86! Two-moment microphysics moved to the start of prognostic equations. This makes
87! the 3d arrays for tend_q, tend_qr, tend_pt and tend_pt redundant.
88! Additionally, it is allowed to call the microphysics just once during the time
89! step (not at each sub-time step).
90!
91! Two-moment cloud physics added for vector and accelerator optimization.
92!
93! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
[1354]94! REAL constants provided with KIND-attribute
95!
[1353]96! 1337 2014-03-25 15:11:48Z heinze
97! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute
98!
99! 1332 2014-03-25 11:59:43Z suehring
[1333]100! Bugfix: call advec_ws or advec_pw for TKE only if NOT use_upstream_for_tke
101!
[1332]102! 1330 2014-03-24 17:29:32Z suehring
[1331]103! In case of SGS-particle velocity advection of TKE is also allowed with
104! dissipative 5th-order scheme.
105!
[1321]106! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
[1320]107! ONLY-attribute added to USE-statements,
108! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
109! kinds are defined in new module kinds,
110! old module precision_kind is removed,
111! revision history before 2012 removed,
112! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
113! all variable declaration statements
[1054]114!
[1319]115! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
116! module interfaces removed
117!
[1258]118! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
119! openacc loop vector clauses removed, independent clauses added
120!
[1247]121! 1246 2013-11-01 08:59:45Z heinze
122! enable nudging also for accelerator version
123!
[1242]124! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
125! usage of nudging enabled (so far not implemented for accelerator version)
126!
[1182]127! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
128! two arguments removed from routine buoyancy, ref_state updated on device
129!
[1132]130! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
131! those parts requiring global communication moved to time_integration,
132! loop index bounds in accelerator version replaced by i_left, i_right, j_south,
133! j_north
134!
[1116]135! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
136! optimized cloud physics: calculation of microphysical tendencies transfered
137! to microphysics.f90; qr and nr are only calculated if precipitation is required
138!
[1112]139! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
140! update directives for prognostic quantities removed
141!
[1107]142! 1106 2013-03-04 05:31:38Z raasch
143! small changes in code formatting
144!
[1093]145! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
146! unused variables removed
147!
[1054]148! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]149! implementation of two new prognostic equations for rain drop concentration (nr)
150! and rain water content (qr)
[979]151!
[1053]152! currently, only available for cache loop optimization
[1020]153!
[1037]154! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
155! code put under GPL (PALM 3.9)
156!
[1020]157! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
158! non-optimized version of prognostic_equations removed
159!
[1017]160! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
161! new branch prognostic_equations_acc
162! OpenACC statements added + code changes required for GPU optimization
163!
[1002]164! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
165! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
166!
[979]167! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]168! km_damp_x and km_damp_y removed in calls of diffusion_u and diffusion_v
169! add ptdf_x, ptdf_y for damping the potential temperature at the inflow
170! boundary in case of non-cyclic lateral boundaries
171! Bugfix: first thread index changes for WS-scheme at the inflow
[736]172!
[941]173! 940 2012-07-09 14:31:00Z raasch
174! temperature equation can be switched off
175!
[736]176! Revision 1.1  2000/04/13 14:56:27  schroeter
177! Initial revision
178!
179!
180! Description:
181! ------------
[1682]182!> Solving the prognostic equations.
[736]183!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]184 MODULE prognostic_equations_mod
[736]185
[1691]186 
[1682]187
[1320]188    USE arrays_3d,                                                             &
189        ONLY:  diss_l_e, diss_l_nr, diss_l_pt, diss_l_q, diss_l_qr,            &
190               diss_l_sa, diss_s_e, diss_s_nr, diss_s_pt, diss_s_q,            &
191               diss_s_qr, diss_s_sa, e, e_p, flux_s_e, flux_s_nr, flux_s_pt,   &
192               flux_s_q, flux_s_qr, flux_s_sa, flux_l_e, flux_l_nr,            &
193               flux_l_pt, flux_l_q, flux_l_qr, flux_l_sa, nr, nr_p, nrsws,     &
194               nrswst, pt, ptdf_x, ptdf_y, pt_init, pt_p, prho, q, q_init,     &
[1374]195               q_p, qsws, qswst, qr, qr_p, qrsws, qrswst, rdf, rdf_sc,         &
196               ref_state, rho, sa, sa_init, sa_p, saswsb, saswst, shf, tend,   &
197               te_m, tnr_m, tpt_m, tq_m, tqr_m, tsa_m, tswst, tu_m, tv_m,      &
[1398]198               tw_m, u, ug, u_init, u_p, v, vg, vpt, v_init, v_p, w, w_p
[1320]199       
200    USE control_parameters,                                                    &
[1361]201        ONLY:  call_microphysics_at_all_substeps, cloud_physics,               &
[1822]202               cloud_top_radiation, constant_diffusion, dp_external,           &
[1320]203               dp_level_ind_b, dp_smooth_factor, dpdxy, dt_3d, humidity,       &
[1822]204               inflow_l, intermediate_timestep_count,                          &
[1365]205               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
[1822]206               large_scale_subsidence, microphysics_seifert,                   &
207               microphysics_sat_adjust, neutral, nudging, ocean, outflow_l,    &
208               outflow_s, passive_scalar, prho_reference, prho_reference,      &
209               prho_reference, pt_reference, pt_reference, pt_reference,       &
210               scalar_advec, scalar_advec, simulated_time, sloping_surface,    &
[1496]211               timestep_scheme, tsc, use_subsidence_tendencies,                &
212               use_upstream_for_tke, wall_heatflux,                            &
[1320]213               wall_nrflux, wall_qflux, wall_qflux, wall_qflux, wall_qrflux,   &
214               wall_salinityflux, ws_scheme_mom, ws_scheme_sca
[736]215
[1320]216    USE cpulog,                                                                &
217        ONLY:  cpu_log, log_point
[736]218
[1320]219    USE eqn_state_seawater_mod,                                                &
220        ONLY:  eqn_state_seawater
221
222    USE indices,                                                               &
223        ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nxl, nxlu, nxr, nyn, nys,    &
224               nysv, nzb_s_inner, nzb_u_inner, nzb_v_inner, nzb_w_inner, nzt
225
226    USE advec_ws,                                                              &
227        ONLY:  advec_s_ws, advec_s_ws_acc, advec_u_ws, advec_u_ws_acc,         &
228               advec_v_ws, advec_v_ws_acc, advec_w_ws, advec_w_ws_acc
229
[1517]230    USE advec_s_bc_mod,                                                        &
231        ONLY:  advec_s_bc
232
[1320]233    USE advec_s_pw_mod,                                                        &
234        ONLY:  advec_s_pw
235
236    USE advec_s_up_mod,                                                        &
237        ONLY:  advec_s_up
238
239    USE advec_u_pw_mod,                                                        &
240        ONLY:  advec_u_pw
241
242    USE advec_u_up_mod,                                                        &
243        ONLY:  advec_u_up
244
245    USE advec_v_pw_mod,                                                        &
246        ONLY:  advec_v_pw
247
248    USE advec_v_up_mod,                                                        &
249        ONLY:  advec_v_up
250
251    USE advec_w_pw_mod,                                                        &
252        ONLY:  advec_w_pw
253
254    USE advec_w_up_mod,                                                        &
255        ONLY:  advec_w_up
256
257    USE buoyancy_mod,                                                          &
258        ONLY:  buoyancy, buoyancy_acc
259
260    USE calc_radiation_mod,                                                    &
261        ONLY:  calc_radiation
262 
263    USE coriolis_mod,                                                          &
264        ONLY:  coriolis, coriolis_acc
265
266    USE diffusion_e_mod,                                                       &
267        ONLY:  diffusion_e, diffusion_e_acc
268
269    USE diffusion_s_mod,                                                       &
270        ONLY:  diffusion_s, diffusion_s_acc
271
272    USE diffusion_u_mod,                                                       &
273        ONLY:  diffusion_u, diffusion_u_acc
274
275    USE diffusion_v_mod,                                                       &
276        ONLY:  diffusion_v, diffusion_v_acc
277
278    USE diffusion_w_mod,                                                       &
279        ONLY:  diffusion_w, diffusion_w_acc
280
281    USE kinds
282
[1365]283    USE ls_forcing_mod,                                                        &
284        ONLY:  ls_advec
285
[1320]286    USE microphysics_mod,                                                      &
287        ONLY:  microphysics_control
288
289    USE nudge_mod,                                                             &
290        ONLY:  nudge
291
292    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
[1826]293        ONLY:  cthf, plant_canopy, pcm_tendency
[1320]294
295    USE production_e_mod,                                                      &
296        ONLY:  production_e, production_e_acc
297
[1585]298    USE radiation_model_mod,                                                   &
[1691]299        ONLY:  radiation, radiation_scheme, radiation_tendency,                &
300               skip_time_do_radiation
[1585]301
[1374]302    USE statistics,                                                            &
303        ONLY:  hom
304
[1320]305    USE subsidence_mod,                                                        &
306        ONLY:  subsidence
307
308    USE user_actions_mod,                                                      &
309        ONLY:  user_actions
310
311
[736]312    PRIVATE
[1019]313    PUBLIC prognostic_equations_cache, prognostic_equations_vector, &
314           prognostic_equations_acc
[736]315
316    INTERFACE prognostic_equations_cache
317       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_cache
318    END INTERFACE prognostic_equations_cache
319
320    INTERFACE prognostic_equations_vector
321       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_vector
322    END INTERFACE prognostic_equations_vector
323
[1015]324    INTERFACE prognostic_equations_acc
325       MODULE PROCEDURE prognostic_equations_acc
326    END INTERFACE prognostic_equations_acc
[736]327
[1015]328
[736]329 CONTAINS
330
331
332!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]333! Description:
334! ------------
[1682]335!> Version with one optimized loop over all equations. It is only allowed to
336!> be called for the Wicker and Skamarock or Piascek-Williams advection scheme.
337!>
338!> Here the calls of most subroutines are embedded in two DO loops over i and j,
339!> so communication between CPUs is not allowed (does not make sense) within
340!> these loops.
341!>
342!> (Optimized to avoid cache missings, i.e. for Power4/5-architectures.)
[736]343!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]344 
[1682]345 SUBROUTINE prognostic_equations_cache
[736]346
[1682]347
[736]348    IMPLICIT NONE
349
[1682]350    INTEGER(iwp) ::  i                   !<
351    INTEGER(iwp) ::  i_omp_start         !<
352    INTEGER(iwp) ::  j                   !<
353    INTEGER(iwp) ::  k                   !<
354    INTEGER(iwp) ::  omp_get_thread_num  !<
355    INTEGER(iwp) ::  tn = 0              !<
[1320]356   
[1682]357    LOGICAL      ::  loop_start          !<
[736]358
359
360!
361!-- Time measurement can only be performed for the whole set of equations
362    CALL cpu_log( log_point(32), 'all progn.equations', 'start' )
363
364!
365!-- Loop over all prognostic equations
366!$OMP PARALLEL private (i,i_omp_start,j,k,loop_start,tn)
367
368!$  tn = omp_get_thread_num()
369    loop_start = .TRUE.
370!$OMP DO
371    DO  i = nxl, nxr
372
373!
374!--    Store the first loop index. It differs for each thread and is required
375!--    later in advec_ws
376       IF ( loop_start )  THEN
377          loop_start  = .FALSE.
378          i_omp_start = i 
379       ENDIF
[1365]380
[736]381       DO  j = nys, nyn
382!
[1822]383!--       If required, calculate cloud microphysics
384          IF ( cloud_physics  .AND.  .NOT. microphysics_sat_adjust  .AND.      &
[1361]385               ( intermediate_timestep_count == 1  .OR.                        &
386                 call_microphysics_at_all_substeps )                           &
387             )  THEN
388             CALL microphysics_control( i, j )
389          ENDIF
390!
[736]391!--       Tendency terms for u-velocity component
392          IF ( .NOT. outflow_l  .OR.  i > nxl )  THEN
393
[1337]394             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]395             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]396                IF ( ws_scheme_mom )  THEN
[1409]397                   CALL advec_u_ws( i, j, i_omp_start, tn )
[736]398                ELSE
399                   CALL advec_u_pw( i, j )
400                ENDIF
401             ELSE
402                CALL advec_u_up( i, j )
403             ENDIF
[1001]404             CALL diffusion_u( i, j )
[736]405             CALL coriolis( i, j, 1 )
[940]406             IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]407                CALL buoyancy( i, j, pt, 1 )
[940]408             ENDIF
[736]409
410!
411!--          Drag by plant canopy
[1826]412             IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( i, j, 1 )
[736]413
414!
415!--          External pressure gradient
416             IF ( dp_external )  THEN
417                DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
418                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
419                ENDDO
420             ENDIF
421
[1241]422!
423!--          Nudging
[1691]424             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'u' )
[1241]425
[736]426             CALL user_actions( i, j, 'u-tendency' )
427!
428!--          Prognostic equation for u-velocity component
429             DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1001]430                u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
431                                                  tsc(3) * tu_m(k,j,i) )       &
[1398]432                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - u_init(k) )
[736]433             ENDDO
434
435!
436!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
437             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
438                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
439                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
440                      tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
441                   ENDDO
442                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
443                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
444                   DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1337]445                      tu_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tu_m(k,j,i)
[736]446                   ENDDO
447                ENDIF
448             ENDIF
449
450          ENDIF
451
452!
453!--       Tendency terms for v-velocity component
454          IF ( .NOT. outflow_s  .OR.  j > nys )  THEN
455
[1337]456             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]457             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]458                IF ( ws_scheme_mom )  THEN
459                    CALL advec_v_ws( i, j, i_omp_start, tn )
460                ELSE
461                    CALL advec_v_pw( i, j )
462                ENDIF
463             ELSE
464                CALL advec_v_up( i, j )
465             ENDIF
[1001]466             CALL diffusion_v( i, j )
[736]467             CALL coriolis( i, j, 2 )
468
469!
470!--          Drag by plant canopy
[1826]471             IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( i, j, 2 )       
[736]472
473!
474!--          External pressure gradient
475             IF ( dp_external )  THEN
476                DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
477                   tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
478                ENDDO
479             ENDIF
480
[1241]481!
482!--          Nudging
[1691]483             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'v' )
[1241]484
[736]485             CALL user_actions( i, j, 'v-tendency' )
486!
487!--          Prognostic equation for v-velocity component
488             DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1001]489                v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
490                                                  tsc(3) * tv_m(k,j,i) )       &
[1398]491                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - v_init(k) )
[736]492             ENDDO
493
494!
495!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
496             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
497                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
498                   DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
499                      tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
500                   ENDDO
501                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
502                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
503                   DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1337]504                      tv_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tv_m(k,j,i)
[736]505                   ENDDO
506                ENDIF
507             ENDIF
508
509          ENDIF
510
511!
512!--       Tendency terms for w-velocity component
[1337]513          tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]514          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]515             IF ( ws_scheme_mom )  THEN
516                CALL advec_w_ws( i, j, i_omp_start, tn )
517             ELSE
518                CALL advec_w_pw( i, j )
519             END IF
520          ELSE
521             CALL advec_w_up( i, j )
522          ENDIF
[1001]523          CALL diffusion_w( i, j )
[736]524          CALL coriolis( i, j, 3 )
[940]525
526          IF ( .NOT. neutral )  THEN
527             IF ( ocean )  THEN
[1179]528                CALL buoyancy( i, j, rho, 3 )
[736]529             ELSE
[940]530                IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]531                   CALL buoyancy( i, j, pt, 3 )
[940]532                ELSE
[1179]533                   CALL buoyancy( i, j, vpt, 3 )
[940]534                ENDIF
[736]535             ENDIF
536          ENDIF
537
538!
539!--       Drag by plant canopy
[1826]540          IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( i, j, 3 )
[736]541
542          CALL user_actions( i, j, 'w-tendency' )
543
544!
545!--       Prognostic equation for w-velocity component
546          DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1001]547             w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
548                                               tsc(3) * tw_m(k,j,i) )          &
549                                   - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
[736]550          ENDDO
551
552!
553!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
554          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
555             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
556                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
557                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
558                ENDDO
559             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
560                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
561                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1337]562                   tw_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tw_m(k,j,i)
[736]563                ENDDO
564             ENDIF
565          ENDIF
[1361]566
[736]567!
[940]568!--       If required, compute prognostic equation for potential temperature
569          IF ( .NOT. neutral )  THEN
570!
571!--          Tendency terms for potential temperature
[1337]572             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1001]573             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[940]574                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
575                      CALL advec_s_ws( i, j, pt, 'pt', flux_s_pt, diss_s_pt, &
576                                       flux_l_pt, diss_l_pt, i_omp_start, tn )
577                   ELSE
578                      CALL advec_s_pw( i, j, pt )
579                   ENDIF
580             ELSE
581                CALL advec_s_up( i, j, pt )
582             ENDIF
[1001]583             CALL diffusion_s( i, j, pt, shf, tswst, wall_heatflux )
[736]584
585!
[940]586!--          If required compute heating/cooling due to long wave radiation
587!--          processes
[1496]588             IF ( cloud_top_radiation )  THEN
[940]589                CALL calc_radiation( i, j )
590             ENDIF
[736]591
[1106]592!
[940]593!--          Consideration of heat sources within the plant canopy
[1337]594             IF ( plant_canopy  .AND.  cthf /= 0.0_wp )  THEN
[1826]595                CALL pcm_tendency( i, j, 4 )
[940]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!
728!--          Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
[1826]729             IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( i, j, 5 )
[736]730
[1053]731!
[1365]732!--          Large scale advection
733             IF ( large_scale_forcing )  THEN
734                CALL ls_advec( i, j, simulated_time, 'q' )
735             ENDIF
736
737!
[1380]738!--          Nudging
739             IF ( nudging )  CALL nudge( i, j, simulated_time, 'q' ) 
740
741!
[736]742!--          If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]743             IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                &
744                  .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
745                CALL subsidence( i, j, tend, q, q_init, 3 )
[736]746             ENDIF
747
748             CALL user_actions( i, j, 'q-tendency' )
749
750!
751!--          Prognostic equation for total water content / scalar
752             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]753                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
754                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
755                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
756                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
[1337]757                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0_wp )  q_p(k,j,i) = 0.1_wp * q(k,j,i)
[736]758             ENDDO
759
760!
761!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
762             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
763                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
764                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
765                      tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
766                   ENDDO
767                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
768                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
769                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]770                      tq_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
771                                     5.3125_wp * tq_m(k,j,i)
[736]772                   ENDDO
773                ENDIF
774             ENDIF
775
[1053]776!
777!--          If required, calculate prognostic equations for rain water content
778!--          and rain drop concentration
[1822]779             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1053]780!
781!--             Calculate prognostic equation for rain water content
[1337]782                tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]783                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' ) &
784                THEN
785                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
786                      CALL advec_s_ws( i, j, qr, 'qr', flux_s_qr,       & 
787                                       diss_s_qr, flux_l_qr, diss_l_qr, &
788                                       i_omp_start, tn )
789                   ELSE
790                      CALL advec_s_pw( i, j, qr )
791                   ENDIF
792                ELSE
793                   CALL advec_s_up( i, j, qr )
794                ENDIF
795                CALL diffusion_s( i, j, qr, qrsws, qrswst, wall_qrflux )
796
797!
798!--             Prognostic equation for rain water content
799                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1115]800                   qr_p(k,j,i) = qr(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +  &
801                                                       tsc(3) * tqr_m(k,j,i) ) &
802                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * qr(k,j,i)
[1337]803                   IF ( qr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  qr_p(k,j,i) = 0.0_wp
[1053]804                ENDDO
805!
806!--             Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
807                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
808                   IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
809                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
810                         tqr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
811                      ENDDO
812                   ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
813                            intermediate_timestep_count_max )  THEN
814                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]815                         tqr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
816                                        5.3125_wp * tqr_m(k,j,i)
[1053]817                      ENDDO
818                   ENDIF
819                ENDIF
820
821!
822!--             Calculate prognostic equation for rain drop concentration.
[1337]823                tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]824                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
825                   IF ( ws_scheme_sca )  THEN
[1115]826                      CALL advec_s_ws( i, j, nr, 'nr', flux_s_nr,    & 
827                                    diss_s_nr, flux_l_nr, diss_l_nr, &
828                                    i_omp_start, tn )
[1053]829                   ELSE
830                      CALL advec_s_pw( i, j, nr )
831                   ENDIF
832                ELSE
833                   CALL advec_s_up( i, j, nr )
834                ENDIF
835                CALL diffusion_s( i, j, nr, nrsws, nrswst, wall_nrflux )
836
837!
838!--             Prognostic equation for rain drop concentration
839                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1115]840                   nr_p(k,j,i) = nr(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +  &
841                                                       tsc(3) * tnr_m(k,j,i) ) &
842                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * nr(k,j,i)
[1337]843                   IF ( nr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  nr_p(k,j,i) = 0.0_wp
[1053]844                ENDDO
845!
846!--             Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
847                IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
848                   IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
849                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
850                         tnr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
851                      ENDDO
852                   ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
853                            intermediate_timestep_count_max )  THEN
854                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]855                         tnr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
856                                        5.3125_wp * tnr_m(k,j,i)
[1053]857                      ENDDO
858                   ENDIF
859                ENDIF
860
861             ENDIF
862
[1128]863          ENDIF
864
[736]865!
866!--       If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
867!--       energy (TKE)
868          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
869
870!
871!--          Tendency-terms for TKE
[1337]872             tend(:,j,i) = 0.0_wp
[1332]873             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge'  &
874                 .AND.  .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
[736]875                 IF ( ws_scheme_sca )  THEN
[1001]876                     CALL advec_s_ws( i, j, e, 'e', flux_s_e, diss_s_e, &
877                                      flux_l_e, diss_l_e , i_omp_start, tn )
[736]878                 ELSE
879                     CALL advec_s_pw( i, j, e )
880                 ENDIF
881             ELSE
882                CALL advec_s_up( i, j, e )
883             ENDIF
[1001]884             IF ( .NOT. humidity )  THEN
885                IF ( ocean )  THEN
886                   CALL diffusion_e( i, j, prho, prho_reference )
[736]887                ELSE
[1001]888                   CALL diffusion_e( i, j, pt, pt_reference )
[736]889                ENDIF
890             ELSE
[1001]891                CALL diffusion_e( i, j, vpt, pt_reference )
[736]892             ENDIF
893             CALL production_e( i, j )
894
895!
896!--          Additional sink term for flows through plant canopies
[1826]897             IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( i, j, 6 ) 
[736]898
899             CALL user_actions( i, j, 'e-tendency' )
900
901!
902!--          Prognostic equation for TKE.
903!--          Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
904!--          reasons in the course of the integration. In such cases the old
905!--          TKE value is reduced by 90%.
906             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]907                e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
908                                                  tsc(3) * te_m(k,j,i) )
[1337]909                IF ( e_p(k,j,i) < 0.0_wp )  e_p(k,j,i) = 0.1_wp * e(k,j,i)
[736]910             ENDDO
911
912!
913!--          Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
914             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
915                IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
916                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
917                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
918                   ENDDO
919                ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
920                         intermediate_timestep_count_max )  THEN
921                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]922                      te_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
923                                     5.3125_wp * te_m(k,j,i)
[736]924                   ENDDO
925                ENDIF
926             ENDIF
927
928          ENDIF   ! TKE equation
929
930       ENDDO
931    ENDDO
932!$OMP END PARALLEL
933
934    CALL cpu_log( log_point(32), 'all progn.equations', 'stop' )
935
936
937 END SUBROUTINE prognostic_equations_cache
938
939
940!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]941! Description:
942! ------------
[1682]943!> Version for vector machines
[736]944!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]945 
[1682]946 SUBROUTINE prognostic_equations_vector
[736]947
[1682]948
[736]949    IMPLICIT NONE
950
[1682]951    INTEGER(iwp) ::  i    !<
952    INTEGER(iwp) ::  j    !<
953    INTEGER(iwp) ::  k    !<
[736]954
[1682]955    REAL(wp)     ::  sbt  !<
[736]956
[1320]957
[736]958!
[1822]959!-- If required, calculate cloud microphysical impacts
960    IF ( cloud_physics  .AND.  .NOT. microphysics_sat_adjust  .AND.            &
[1361]961         ( intermediate_timestep_count == 1  .OR.                              &
962           call_microphysics_at_all_substeps )                                 &
963       )  THEN
964       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'start' )
965       CALL microphysics_control
966       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'stop' )
967    ENDIF
968
969!
[736]970!-- u-velocity component
971    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'start' )
972
[1337]973    tend = 0.0_wp
[1001]974    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]975       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
976          CALL advec_u_ws
977       ELSE
978          CALL advec_u_pw
979       ENDIF
980    ELSE
[1001]981       CALL advec_u_up
[736]982    ENDIF
[1001]983    CALL diffusion_u
[736]984    CALL coriolis( 1 )
[940]985    IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]986       CALL buoyancy( pt, 1 )
[940]987    ENDIF
[736]988
989!
990!-- Drag by plant canopy
[1826]991    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( 1 )
[736]992
993!
994!-- External pressure gradient
995    IF ( dp_external )  THEN
996       DO  i = nxlu, nxr
997          DO  j = nys, nyn
998             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
999                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
1000             ENDDO
1001          ENDDO
1002       ENDDO
1003    ENDIF
1004
[1241]1005!
1006!-- Nudging
[1691]1007    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'u' )
[1241]1008
[736]1009    CALL user_actions( 'u-tendency' )
1010
1011!
1012!-- Prognostic equation for u-velocity component
1013    DO  i = nxlu, nxr
1014       DO  j = nys, nyn
1015          DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1016             u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
1017                                               tsc(3) * tu_m(k,j,i) )          &
[1398]1018                                   - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - u_init(k) )
[736]1019          ENDDO
1020       ENDDO
1021    ENDDO
1022
1023!
1024!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1025    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1026       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1027          DO  i = nxlu, nxr
1028             DO  j = nys, nyn
1029                DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
1030                   tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1031                ENDDO
1032             ENDDO
1033          ENDDO
1034       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1035                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1036          DO  i = nxlu, nxr
1037             DO  j = nys, nyn
1038                DO  k = nzb_u_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1039                   tu_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tu_m(k,j,i)
[736]1040                ENDDO
1041             ENDDO
1042          ENDDO
1043       ENDIF
1044    ENDIF
1045
1046    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'stop' )
1047
1048!
1049!-- v-velocity component
1050    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'start' )
1051
[1337]1052    tend = 0.0_wp
[1001]1053    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1054       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1055          CALL advec_v_ws
1056       ELSE
1057          CALL advec_v_pw
1058       END IF
1059    ELSE
[1001]1060       CALL advec_v_up
[736]1061    ENDIF
[1001]1062    CALL diffusion_v
[736]1063    CALL coriolis( 2 )
1064
1065!
1066!-- Drag by plant canopy
[1826]1067    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( 2 )
[736]1068
1069!
1070!-- External pressure gradient
1071    IF ( dp_external )  THEN
1072       DO  i = nxl, nxr
1073          DO  j = nysv, nyn
1074             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1075                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
1076             ENDDO
1077          ENDDO
1078       ENDDO
1079    ENDIF
1080
[1241]1081!
1082!-- Nudging
[1691]1083    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'v' )
[1241]1084
[736]1085    CALL user_actions( 'v-tendency' )
1086
1087!
1088!-- Prognostic equation for v-velocity component
1089    DO  i = nxl, nxr
1090       DO  j = nysv, nyn
1091          DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1092             v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
1093                                               tsc(3) * tv_m(k,j,i) )          &
[1398]1094                                   - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - v_init(k) )
[736]1095          ENDDO
1096       ENDDO
1097    ENDDO
1098
1099!
1100!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1101    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1102       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1103          DO  i = nxl, nxr
1104             DO  j = nysv, nyn
1105                DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
1106                   tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1107                ENDDO
1108             ENDDO
1109          ENDDO
1110       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1111                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1112          DO  i = nxl, nxr
1113             DO  j = nysv, nyn
1114                DO  k = nzb_v_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1115                   tv_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tv_m(k,j,i)
[736]1116                ENDDO
1117             ENDDO
1118          ENDDO
1119       ENDIF
1120    ENDIF
1121
1122    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'stop' )
1123
1124!
1125!-- w-velocity component
1126    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'start' )
1127
[1353]1128    tend = 0.0_wp
[1001]1129    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1130       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1131          CALL advec_w_ws
1132       ELSE
1133          CALL advec_w_pw
1134       ENDIF
1135    ELSE
[1001]1136       CALL advec_w_up
[736]1137    ENDIF
[1001]1138    CALL diffusion_w
[736]1139    CALL coriolis( 3 )
[940]1140
1141    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1142       IF ( ocean )  THEN
[1179]1143          CALL buoyancy( rho, 3 )
[736]1144       ELSE
[940]1145          IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]1146             CALL buoyancy( pt, 3 )
[940]1147          ELSE
[1179]1148             CALL buoyancy( vpt, 3 )
[940]1149          ENDIF
[736]1150       ENDIF
1151    ENDIF
1152
1153!
1154!-- Drag by plant canopy
[1826]1155    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( 3 )
[736]1156
1157    CALL user_actions( 'w-tendency' )
1158
1159!
1160!-- Prognostic equation for w-velocity component
1161    DO  i = nxl, nxr
1162       DO  j = nys, nyn
1163          DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1001]1164             w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +          &
1165                                               tsc(3) * tw_m(k,j,i) )          &
1166                                   - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
[736]1167          ENDDO
1168       ENDDO
1169    ENDDO
1170
1171!
1172!-- Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1173    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1174       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1175          DO  i = nxl, nxr
1176             DO  j = nys, nyn
1177                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
1178                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1179                ENDDO
1180             ENDDO
1181          ENDDO
1182       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1183                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1184          DO  i = nxl, nxr
1185             DO  j = nys, nyn
1186                DO  k = nzb_w_inner(j,i)+1, nzt-1
[1337]1187                   tw_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tw_m(k,j,i)
[736]1188                ENDDO
1189             ENDDO
1190          ENDDO
1191       ENDIF
1192    ENDIF
1193
1194    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'stop' )
1195
[940]1196
[736]1197!
[940]1198!-- If required, compute prognostic equation for potential temperature
1199    IF ( .NOT. neutral )  THEN
[736]1200
[940]1201       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'start' )
1202
[736]1203!
[940]1204!--    pt-tendency terms with communication
1205       sbt = tsc(2)
1206       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
[736]1207
[940]1208          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
[736]1209!
[1001]1210!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1353]1211             sbt = 1.0_wp
[940]1212          ENDIF
[1337]1213          tend = 0.0_wp
[940]1214          CALL advec_s_bc( pt, 'pt' )
[1001]1215
[736]1216       ENDIF
[940]1217
1218!
1219!--    pt-tendency terms with no communication
[1001]1220       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]1221          tend = 0.0_wp
[1001]1222          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[940]1223             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1224                CALL advec_s_ws( pt, 'pt' )
1225             ELSE
1226                CALL advec_s_pw( pt )
1227             ENDIF
1228          ELSE
[1001]1229             CALL advec_s_up( pt )
[940]1230          ENDIF
[736]1231       ENDIF
1232
[1001]1233       CALL diffusion_s( pt, shf, tswst, wall_heatflux )
1234
[736]1235!
[940]1236!--    If required compute heating/cooling due to long wave radiation processes
[1496]1237       IF ( cloud_top_radiation )  THEN
[940]1238          CALL calc_radiation
1239       ENDIF
[736]1240
1241!
[940]1242!--    Consideration of heat sources within the plant canopy
[1337]1243       IF ( plant_canopy .AND. ( cthf /= 0.0_wp ) ) THEN
[1826]1244          CALL pcm_tendency( 4 )
[940]1245       ENDIF
[736]1246
[940]1247!
[1365]1248!--    Large scale advection
1249       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1250          CALL ls_advec( simulated_time, 'pt' )
1251       ENDIF
1252
1253!
[1380]1254!--    Nudging
1255       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'pt' ) 
1256
1257!
[940]1258!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]1259       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
1260            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
1261          CALL subsidence( tend, pt, pt_init, 2 )
[940]1262       ENDIF
[736]1263
[1585]1264!
1265!--    If required, add tendency due to radiative heating/cooling
[1691]1266       IF ( radiation .AND. radiation_scheme == 'rrtmg' .AND.                  &
1267            simulated_time > skip_time_do_radiation )  THEN
1268            CALL radiation_tendency ( tend )
[1585]1269       ENDIF
1270
[940]1271       CALL user_actions( 'pt-tendency' )
[736]1272
1273!
[940]1274!--    Prognostic equation for potential temperature
1275       DO  i = nxl, nxr
1276          DO  j = nys, nyn
1277             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1278                pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1279                                                    tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
1280                                        - tsc(5) * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
1281                                          ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )
[940]1282             ENDDO
[736]1283          ENDDO
1284       ENDDO
1285
1286!
[940]1287!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1288       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1289          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1290             DO  i = nxl, nxr
1291                DO  j = nys, nyn
1292                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1293                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1294                   ENDDO
[736]1295                ENDDO
1296             ENDDO
[940]1297          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1298                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1299             DO  i = nxl, nxr
1300                DO  j = nys, nyn
1301                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1302                      tpt_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
1303                                      5.3125_wp * tpt_m(k,j,i)
[940]1304                   ENDDO
[736]1305                ENDDO
1306             ENDDO
[940]1307          ENDIF
[736]1308       ENDIF
[940]1309
1310       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'stop' )
1311
[736]1312    ENDIF
1313
1314!
1315!-- If required, compute prognostic equation for salinity
1316    IF ( ocean )  THEN
1317
1318       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'start' )
1319
1320!
1321!--    sa-tendency terms with communication
1322       sbt = tsc(2)
1323       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1324
1325          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1326!
[1001]1327!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1353]1328             sbt = 1.0_wp
[736]1329          ENDIF
[1337]1330          tend = 0.0_wp
[736]1331          CALL advec_s_bc( sa, 'sa' )
[1001]1332
[736]1333       ENDIF
1334
1335!
1336!--    sa-tendency terms with no communication
[1001]1337       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1353]1338          tend = 0.0_wp
[1001]1339          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1340             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1341                 CALL advec_s_ws( sa, 'sa' )
1342             ELSE
1343                 CALL advec_s_pw( sa )
1344             ENDIF
1345          ELSE
[1001]1346             CALL advec_s_up( sa )
[736]1347          ENDIF
1348       ENDIF
[1001]1349
1350       CALL diffusion_s( sa, saswsb, saswst, wall_salinityflux )
[736]1351       
1352       CALL user_actions( 'sa-tendency' )
1353
1354!
1355!--    Prognostic equation for salinity
1356       DO  i = nxl, nxr
1357          DO  j = nys, nyn
1358             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1359                sa_p(k,j,i) = sa(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
1360                                                    tsc(3) * tsa_m(k,j,i) )    &
1361                                        - tsc(5) * rdf_sc(k) *                 &
1362                                          ( sa(k,j,i) - sa_init(k) )
[1337]1363                IF ( sa_p(k,j,i) < 0.0_wp )  sa_p(k,j,i) = 0.1_wp * sa(k,j,i)
[736]1364             ENDDO
1365          ENDDO
1366       ENDDO
1367
1368!
1369!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1370       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1371          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1372             DO  i = nxl, nxr
1373                DO  j = nys, nyn
1374                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1375                      tsa_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1376                   ENDDO
1377                ENDDO
1378             ENDDO
1379          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1380                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1381             DO  i = nxl, nxr
1382                DO  j = nys, nyn
1383                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1384                      tsa_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + &
1385                                      5.3125_wp * tsa_m(k,j,i)
[736]1386                   ENDDO
1387                ENDDO
1388             ENDDO
1389          ENDIF
1390       ENDIF
1391
1392       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'stop' )
1393
1394!
1395!--    Calculate density by the equation of state for seawater
1396       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'start' )
1397       CALL eqn_state_seawater
1398       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'stop' )
1399
1400    ENDIF
1401
1402!
1403!-- If required, compute prognostic equation for total water content / scalar
1404    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1405
1406       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'start' )
1407
1408!
1409!--    Scalar/q-tendency terms with communication
1410       sbt = tsc(2)
1411       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1412
1413          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1414!
[1001]1415!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]1416             sbt = 1.0_wp
[736]1417          ENDIF
[1337]1418          tend = 0.0_wp
[736]1419          CALL advec_s_bc( q, 'q' )
[1001]1420
[736]1421       ENDIF
1422
1423!
1424!--    Scalar/q-tendency terms with no communication
[1001]1425       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]1426          tend = 0.0_wp
[1001]1427          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1428             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1429                CALL advec_s_ws( q, 'q' )
1430             ELSE
1431                CALL advec_s_pw( q )
1432             ENDIF
1433          ELSE
[1001]1434             CALL advec_s_up( q )
[736]1435          ENDIF
1436       ENDIF
[1001]1437
1438       CALL diffusion_s( q, qsws, qswst, wall_qflux )
[736]1439       
1440!
1441!--    Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
[1826]1442       IF ( plant_canopy ) CALL pcm_tendency( 5 )
[1365]1443
[736]1444!
[1365]1445!--    Large scale advection
1446       IF ( large_scale_forcing )  THEN
1447          CALL ls_advec( simulated_time, 'q' )
1448       ENDIF
1449
1450!
[1380]1451!--    Nudging
1452       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'q' ) 
1453
1454!
[736]1455!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]1456       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
1457            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
1458         CALL subsidence( tend, q, q_init, 3 )
[736]1459       ENDIF
1460
1461       CALL user_actions( 'q-tendency' )
1462
1463!
1464!--    Prognostic equation for total water content / scalar
1465       DO  i = nxl, nxr
1466          DO  j = nys, nyn
1467             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1468                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
1469                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
1470                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
1471                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
[1337]1472                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0_wp )  q_p(k,j,i) = 0.1_wp * q(k,j,i)
[736]1473             ENDDO
1474          ENDDO
1475       ENDDO
1476
1477!
1478!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1479       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1480          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1481             DO  i = nxl, nxr
1482                DO  j = nys, nyn
1483                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1484                      tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1485                   ENDDO
1486                ENDDO
1487             ENDDO
1488          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1489                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1490             DO  i = nxl, nxr
1491                DO  j = nys, nyn
1492                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1493                      tq_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tq_m(k,j,i)
[736]1494                   ENDDO
1495                ENDDO
1496             ENDDO
1497          ENDIF
1498       ENDIF
1499
1500       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'stop' )
1501
[1361]1502!
1503!--    If required, calculate prognostic equations for rain water content
1504!--    and rain drop concentration
[1822]1505       IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1361]1506
1507          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'start' )
1508
1509!
1510!--       Calculate prognostic equation for rain water content
1511          sbt = tsc(2)
1512          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1513
1514             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1515!
1516!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1517                sbt = 1.0_wp
1518             ENDIF
1519             tend = 0.0_wp
1520             CALL advec_s_bc( qr, 'qr' )
1521
1522          ENDIF
1523
1524!
1525!--       qr-tendency terms with no communication
1526          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1527             tend = 0.0_wp
1528             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1529                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1530                   CALL advec_s_ws( qr, 'qr' )
1531                ELSE
1532                   CALL advec_s_pw( qr )
1533                ENDIF
1534             ELSE
1535                CALL advec_s_up( qr )
1536             ENDIF
1537          ENDIF
1538
1539          CALL diffusion_s( qr, qrsws, qrswst, wall_qrflux )
1540
[1826]1541          CALL user_actions( 'qr-tendency' )
1542
[1361]1543!
1544!--       Prognostic equation for rain water content
1545          DO  i = nxl, nxr
1546             DO  j = nys, nyn
1547                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1548                   qr_p(k,j,i) = qr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
1549                                                     tsc(3) * tqr_m(k,j,i) )   &
1550                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * qr(k,j,i)
1551                   IF ( qr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  qr_p(k,j,i) = 0.0_wp
1552                ENDDO
1553             ENDDO
1554          ENDDO
1555
1556!
1557!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1558          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1559             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1560                DO  i = nxl, nxr
1561                   DO  j = nys, nyn
1562                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1563                         tqr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1564                      ENDDO
1565                   ENDDO
1566                ENDDO
1567             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1568                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
1569                DO  i = nxl, nxr
1570                   DO  j = nys, nyn
1571                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1572                         tqr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * &
1573                                                                   tqr_m(k,j,i)
1574                      ENDDO
1575                   ENDDO
1576                ENDDO
1577             ENDIF
1578          ENDIF
1579
1580          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'stop' )
1581          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'start' )
1582
1583!
1584!--       Calculate prognostic equation for rain drop concentration
1585          sbt = tsc(2)
1586          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1587
1588             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1589!
1590!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
1591                sbt = 1.0_wp
1592             ENDIF
1593             tend = 0.0_wp
1594             CALL advec_s_bc( nr, 'nr' )
1595
1596          ENDIF
1597
1598!
1599!--       nr-tendency terms with no communication
1600          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
1601             tend = 0.0_wp
1602             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1603                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1604                   CALL advec_s_ws( nr, 'nr' )
1605                ELSE
1606                   CALL advec_s_pw( nr )
1607                ENDIF
1608             ELSE
1609                CALL advec_s_up( nr )
1610             ENDIF
1611          ENDIF
1612
1613          CALL diffusion_s( nr, nrsws, nrswst, wall_nrflux )
1614
1615!
1616!--       Prognostic equation for rain drop concentration
1617          DO  i = nxl, nxr
1618             DO  j = nys, nyn
1619                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1620                   nr_p(k,j,i) = nr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
1621                                                     tsc(3) * tnr_m(k,j,i) )   &
1622                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * nr(k,j,i)
1623                   IF ( nr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  nr_p(k,j,i) = 0.0_wp
1624                ENDDO
1625             ENDDO
1626          ENDDO
1627
1628!
1629!--       Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1630          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1631             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1632                DO  i = nxl, nxr
1633                   DO  j = nys, nyn
1634                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1635                         tnr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1636                      ENDDO
1637                   ENDDO
1638                ENDDO
1639             ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1640                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
1641                DO  i = nxl, nxr
1642                   DO  j = nys, nyn
1643                      DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1644                         tnr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * &
1645                                                                   tnr_m(k,j,i)
1646                      ENDDO
1647                   ENDDO
1648                ENDDO
1649             ENDIF
1650          ENDIF
1651
1652          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'stop' )
1653
1654       ENDIF
1655
[736]1656    ENDIF
1657
1658!
1659!-- If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
1660!-- energy (TKE)
1661    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1662
1663       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'start' )
1664
1665       sbt = tsc(2)
1666       IF ( .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
1667          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
1668
1669             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
1670!
[1001]1671!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]1672                sbt = 1.0_wp
[736]1673             ENDIF
[1337]1674             tend = 0.0_wp
[736]1675             CALL advec_s_bc( e, 'e' )
[1001]1676
[736]1677          ENDIF
1678       ENDIF
1679
1680!
1681!--    TKE-tendency terms with no communication
[1001]1682       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme'  .OR.  use_upstream_for_tke )  THEN
[736]1683          IF ( use_upstream_for_tke )  THEN
[1337]1684             tend = 0.0_wp
[736]1685             CALL advec_s_up( e )
1686          ELSE
[1337]1687             tend = 0.0_wp
[1001]1688             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
[736]1689                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
1690                   CALL advec_s_ws( e, 'e' )
1691                ELSE
1692                   CALL advec_s_pw( e )
1693                ENDIF
1694             ELSE
[1001]1695                CALL advec_s_up( e )
[736]1696             ENDIF
1697          ENDIF
[1001]1698       ENDIF
1699
1700       IF ( .NOT. humidity )  THEN
1701          IF ( ocean )  THEN
1702             CALL diffusion_e( prho, prho_reference )
[736]1703          ELSE
[1001]1704             CALL diffusion_e( pt, pt_reference )
[736]1705          ENDIF
[1001]1706       ELSE
1707          CALL diffusion_e( vpt, pt_reference )
[736]1708       ENDIF
[1001]1709
[736]1710       CALL production_e
1711
1712!
1713!--    Additional sink term for flows through plant canopies
[1826]1714       IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( 6 )
[736]1715       CALL user_actions( 'e-tendency' )
1716
1717!
1718!--    Prognostic equation for TKE.
1719!--    Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
1720!--    reasons in the course of the integration. In such cases the old TKE
1721!--    value is reduced by 90%.
1722       DO  i = nxl, nxr
1723          DO  j = nys, nyn
1724             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1001]1725                e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
1726                                                  tsc(3) * te_m(k,j,i) )
[1337]1727                IF ( e_p(k,j,i) < 0.0_wp )  e_p(k,j,i) = 0.1_wp * e(k,j,i)
[736]1728             ENDDO
1729          ENDDO
1730       ENDDO
1731
1732!
1733!--    Calculate tendencies for the next Runge-Kutta step
1734       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1735          IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1736             DO  i = nxl, nxr
1737                DO  j = nys, nyn
1738                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1739                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1740                   ENDDO
1741                ENDDO
1742             ENDDO
1743          ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1744                   intermediate_timestep_count_max )  THEN
1745             DO  i = nxl, nxr
1746                DO  j = nys, nyn
1747                   DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
[1337]1748                      te_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * te_m(k,j,i)
[736]1749                   ENDDO
1750                ENDDO
1751             ENDDO
1752          ENDIF
1753       ENDIF
1754
1755       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'stop' )
1756
1757    ENDIF
1758
1759 END SUBROUTINE prognostic_equations_vector
1760
1761
[1015]1762!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]1763! Description:
1764! ------------
[1682]1765!> Version for accelerator boards
[1015]1766!------------------------------------------------------------------------------!
[1691]1767 
[1682]1768 SUBROUTINE prognostic_equations_acc
[1015]1769
[1682]1770
[1015]1771    IMPLICIT NONE
1772
[1682]1773    INTEGER(iwp) ::  i           !<
1774    INTEGER(iwp) ::  j           !<
1775    INTEGER(iwp) ::  k           !<
1776    INTEGER(iwp) ::  runge_step  !<
[1015]1777
[1682]1778    REAL(wp)     ::  sbt         !<
[1320]1779
[1015]1780!
1781!-- Set switch for intermediate Runge-Kutta step
1782    runge_step = 0
1783    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1784       IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
1785          runge_step = 1
1786       ELSEIF ( intermediate_timestep_count < &
1787                intermediate_timestep_count_max )  THEN
1788          runge_step = 2
1789       ENDIF
1790    ENDIF
1791
1792!
[1361]1793!-- If required, calculate cloud microphysical impacts (two-moment scheme)
[1822]1794    IF ( cloud_physics  .AND.  .NOT. microphysics_sat_adjust  .AND.            &
[1361]1795         ( intermediate_timestep_count == 1  .OR.                              &
1796           call_microphysics_at_all_substeps )                                 &
1797       )  THEN
1798       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'start' )
1799       CALL microphysics_control
1800       CALL cpu_log( log_point(51), 'microphysics', 'stop' )
1801    ENDIF
1802
1803!
[1015]1804!-- u-velocity component
[1374]1805!++ Statistics still not completely ported to accelerators
[1179]1806    !$acc update device( hom, ref_state )
[1015]1807    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'start' )
1808
1809    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1810       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1811          CALL advec_u_ws_acc
1812       ELSE
[1337]1813          tend = 0.0_wp   ! to be removed later??
[1015]1814          CALL advec_u_pw
1815       ENDIF
1816    ELSE
1817       CALL advec_u_up
1818    ENDIF
1819    CALL diffusion_u_acc
1820    CALL coriolis_acc( 1 )
1821    IF ( sloping_surface  .AND.  .NOT. neutral )  THEN
[1179]1822       CALL buoyancy( pt, 1 )
[1015]1823    ENDIF
1824
1825!
1826!-- Drag by plant canopy
[1826]1827    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( 1 )
[1015]1828
1829!
1830!-- External pressure gradient
1831    IF ( dp_external )  THEN
[1128]1832       DO  i = i_left, i_right
1833          DO  j = j_south, j_north
[1015]1834             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1835                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(1) * dp_smooth_factor(k)
1836             ENDDO
1837          ENDDO
1838       ENDDO
1839    ENDIF
1840
[1246]1841!
1842!-- Nudging
[1691]1843    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'u' )
[1246]1844
[1015]1845    CALL user_actions( 'u-tendency' )
1846
1847!
1848!-- Prognostic equation for u-velocity component
[1398]1849    !$acc kernels present( nzb_u_inner, rdf, tend, tu_m, u, u_init, u_p )
[1257]1850    !$acc loop independent
[1128]1851    DO  i = i_left, i_right
[1257]1852       !$acc loop independent
[1128]1853       DO  j = j_south, j_north
[1257]1854          !$acc loop independent
[1015]1855          DO  k = 1, nzt
1856             IF ( k > nzb_u_inner(j,i) )  THEN
1857                u_p(k,j,i) = u(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
1858                                                  tsc(3) * tu_m(k,j,i) )       &
[1398]1859                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( u(k,j,i) - u_init(k) )
[1015]1860!
1861!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
1862                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1863                   tu_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1864                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]1865                   tu_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tu_m(k,j,i)
[1015]1866                ENDIF
1867             ENDIF
1868          ENDDO
1869       ENDDO
1870    ENDDO
1871    !$acc end kernels
1872
1873    CALL cpu_log( log_point(5), 'u-equation', 'stop' )
1874
1875!
1876!-- v-velocity component
1877    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'start' )
1878
1879    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1880       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1881          CALL advec_v_ws_acc
1882       ELSE
[1337]1883          tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]1884          CALL advec_v_pw
1885       END IF
1886    ELSE
1887       CALL advec_v_up
1888    ENDIF
1889    CALL diffusion_v_acc
1890    CALL coriolis_acc( 2 )
1891
1892!
1893!-- Drag by plant canopy
[1826]1894    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( 2 )
[1015]1895
1896!
1897!-- External pressure gradient
1898    IF ( dp_external )  THEN
[1128]1899       DO  i = i_left, i_right
1900          DO  j = j_south, j_north
[1015]1901             DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1902                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) - dpdxy(2) * dp_smooth_factor(k)
1903             ENDDO
1904          ENDDO
1905       ENDDO
1906    ENDIF
1907
[1246]1908!
1909!-- Nudging
[1691]1910    IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'v' )
[1246]1911
[1015]1912    CALL user_actions( 'v-tendency' )
1913
1914!
1915!-- Prognostic equation for v-velocity component
[1398]1916    !$acc kernels present( nzb_v_inner, rdf, tend, tv_m, v, v_init, v_p )
[1257]1917    !$acc loop independent
[1128]1918    DO  i = i_left, i_right
[1257]1919       !$acc loop independent
[1128]1920       DO  j = j_south, j_north
[1257]1921          !$acc loop independent
[1015]1922          DO  k = 1, nzt
1923             IF ( k > nzb_v_inner(j,i) )  THEN
1924                v_p(k,j,i) = v(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
1925                                                  tsc(3) * tv_m(k,j,i) )       &
[1398]1926                                      - tsc(5) * rdf(k) * ( v(k,j,i) - v_init(k) )
[1015]1927!
1928!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
1929                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1930                   tv_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1931                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]1932                   tv_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tv_m(k,j,i)
[1015]1933                ENDIF
1934             ENDIF
1935          ENDDO
1936       ENDDO
1937    ENDDO
1938    !$acc end kernels
1939
1940    CALL cpu_log( log_point(6), 'v-equation', 'stop' )
1941
1942!
1943!-- w-velocity component
1944    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'start' )
1945
1946    IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1947       IF ( ws_scheme_mom )  THEN
1948          CALL advec_w_ws_acc
1949       ELSE
[1337]1950          tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]1951          CALL advec_w_pw
1952       ENDIF
1953    ELSE
1954       CALL advec_w_up
1955    ENDIF
1956    CALL diffusion_w_acc
1957    CALL coriolis_acc( 3 )
1958
1959    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1960       IF ( ocean )  THEN
[1179]1961          CALL buoyancy( rho, 3 )
[1015]1962       ELSE
1963          IF ( .NOT. humidity )  THEN
[1179]1964             CALL buoyancy_acc( pt, 3 )
[1015]1965          ELSE
[1179]1966             CALL buoyancy( vpt, 3 )
[1015]1967          ENDIF
1968       ENDIF
1969    ENDIF
1970
1971!
1972!-- Drag by plant canopy
[1826]1973    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( 3 )
[1015]1974
1975    CALL user_actions( 'w-tendency' )
1976
1977!
1978!-- Prognostic equation for w-velocity component
1979    !$acc kernels present( nzb_w_inner, rdf, tend, tw_m, w, w_p )
[1257]1980    !$acc loop independent
[1128]1981    DO  i = i_left, i_right
[1257]1982       !$acc loop independent
[1128]1983       DO  j = j_south, j_north
[1257]1984          !$acc loop independent
[1015]1985          DO  k = 1, nzt-1
1986             IF ( k > nzb_w_inner(j,i) )  THEN
1987                w_p(k,j,i) = w(k,j,i) + dt_3d * ( tsc(2) * tend(k,j,i) +       &
1988                                                  tsc(3) * tw_m(k,j,i) )       &
1989                                      - tsc(5) * rdf(k) * w(k,j,i)
1990   !
1991   !--          Tendencies for the next Runge-Kutta step
1992                IF ( runge_step == 1 )  THEN
1993                   tw_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
1994                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]1995                   tw_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tw_m(k,j,i)
[1015]1996                ENDIF
1997             ENDIF
1998          ENDDO
1999       ENDDO
2000    ENDDO
2001    !$acc end kernels
2002
2003    CALL cpu_log( log_point(7), 'w-equation', 'stop' )
2004
2005
2006!
2007!-- If required, compute prognostic equation for potential temperature
2008    IF ( .NOT. neutral )  THEN
2009
2010       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'start' )
2011
2012!
2013!--    pt-tendency terms with communication
2014       sbt = tsc(2)
2015       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2016
2017          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2018!
2019!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1353]2020             sbt = 1.0_wp
[1015]2021          ENDIF
[1337]2022          tend = 0.0_wp
[1015]2023          CALL advec_s_bc( pt, 'pt' )
2024
2025       ENDIF
2026
2027!
2028!--    pt-tendency terms with no communication
2029       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]2030          tend = 0.0_wp
[1015]2031          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2032             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2033                CALL advec_s_ws_acc( pt, 'pt' )
2034             ELSE
[1337]2035                tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]2036                CALL advec_s_pw( pt )
2037             ENDIF
2038          ELSE
2039             CALL advec_s_up( pt )
2040          ENDIF
2041       ENDIF
2042
2043       CALL diffusion_s_acc( pt, shf, tswst, wall_heatflux )
2044
2045!
2046!--    If required compute heating/cooling due to long wave radiation processes
[1496]2047       IF ( cloud_top_radiation )  THEN
[1015]2048          CALL calc_radiation
2049       ENDIF
2050
2051!
2052!--    Consideration of heat sources within the plant canopy
[1337]2053       IF ( plant_canopy .AND. ( cthf /= 0.0_wp ) ) THEN
[1826]2054          CALL pcm_tendency( 4 )
[1015]2055       ENDIF
2056
2057!
[1365]2058!--    Large scale advection
2059       IF ( large_scale_forcing )  THEN
2060          CALL ls_advec( simulated_time, 'pt' )
2061       ENDIF
2062
2063!
[1380]2064!--    Nudging
2065       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'pt' ) 
2066
2067!
[1015]2068!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]2069       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
2070            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
2071          CALL subsidence( tend, pt, pt_init, 2 )
[1015]2072       ENDIF
2073
[1691]2074       IF ( radiation .AND. radiation_scheme == 'rrtmg' .AND.                  &
2075            simulated_time > skip_time_do_radiation )  THEN
2076            CALL radiation_tendency ( tend )
2077       ENDIF
2078
[1015]2079       CALL user_actions( 'pt-tendency' )
2080
2081!
2082!--    Prognostic equation for potential temperature
2083       !$acc kernels present( nzb_s_inner, rdf_sc, ptdf_x, ptdf_y, pt_init ) &
2084       !$acc         present( tend, tpt_m, pt, pt_p )
[1257]2085       !$acc loop independent
[1128]2086       DO  i = i_left, i_right
[1257]2087          !$acc loop independent
[1128]2088          DO  j = j_south, j_north
[1257]2089             !$acc loop independent
[1015]2090             DO  k = 1, nzt
2091                IF ( k > nzb_s_inner(j,i) )  THEN
2092                   pt_p(k,j,i) = pt(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
2093                                                       tsc(3) * tpt_m(k,j,i) )    &
2094                                           - tsc(5) * ( pt(k,j,i) - pt_init(k) ) *&
2095                                             ( rdf_sc(k) + ptdf_x(i) + ptdf_y(j) )
2096!
2097!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2098                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2099                      tpt_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2100                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2101                      tpt_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tpt_m(k,j,i)
[1015]2102                   ENDIF
2103                ENDIF
2104             ENDDO
2105          ENDDO
2106       ENDDO
2107       !$acc end kernels
2108
2109       CALL cpu_log( log_point(13), 'pt-equation', 'stop' )
2110
2111    ENDIF
2112
2113!
2114!-- If required, compute prognostic equation for salinity
2115    IF ( ocean )  THEN
2116
2117       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'start' )
2118
2119!
2120!--    sa-tendency terms with communication
2121       sbt = tsc(2)
2122       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2123
2124          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2125!
2126!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]2127             sbt = 1.0_wp
[1015]2128          ENDIF
[1337]2129          tend = 0.0_wp
[1015]2130          CALL advec_s_bc( sa, 'sa' )
2131
2132       ENDIF
2133
2134!
2135!--    sa-tendency terms with no communication
2136       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]2137          tend = 0.0_wp
[1015]2138          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2139             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2140                 CALL advec_s_ws( sa, 'sa' )
2141             ELSE
2142                 CALL advec_s_pw( sa )
2143             ENDIF
2144          ELSE
2145             CALL advec_s_up( sa )
2146          ENDIF
2147       ENDIF
2148
2149       CALL diffusion_s( sa, saswsb, saswst, wall_salinityflux )
2150
2151       CALL user_actions( 'sa-tendency' )
2152
2153!
2154!--    Prognostic equation for salinity
[1128]2155       DO  i = i_left, i_right
2156          DO  j = j_south, j_north
[1015]2157             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2158                sa_p(k,j,i) = sa(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +        &
2159                                                    tsc(3) * tsa_m(k,j,i) )    &
2160                                        - tsc(5) * rdf_sc(k) *                 &
2161                                          ( sa(k,j,i) - sa_init(k) )
[1337]2162                IF ( sa_p(k,j,i) < 0.0_wp )  sa_p(k,j,i) = 0.1_wp * sa(k,j,i)
[1015]2163!
2164!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
2165                IF ( runge_step == 1 )  THEN
2166                   tsa_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2167                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2168                   tsa_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tsa_m(k,j,i)
[1015]2169                ENDIF
2170             ENDDO
2171          ENDDO
2172       ENDDO
2173
2174       CALL cpu_log( log_point(37), 'sa-equation', 'stop' )
2175
2176!
2177!--    Calculate density by the equation of state for seawater
2178       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'start' )
2179       CALL eqn_state_seawater
2180       CALL cpu_log( log_point(38), 'eqns-seawater', 'stop' )
2181
2182    ENDIF
2183
2184!
2185!-- If required, compute prognostic equation for total water content / scalar
2186    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
2187
2188       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'start' )
2189
2190!
2191!--    Scalar/q-tendency terms with communication
2192       sbt = tsc(2)
2193       IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2194
2195          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2196!
2197!--          Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]2198             sbt = 1.0_wp
[1015]2199          ENDIF
[1337]2200          tend = 0.0_wp
[1015]2201          CALL advec_s_bc( q, 'q' )
2202
2203       ENDIF
2204
2205!
2206!--    Scalar/q-tendency terms with no communication
2207       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
[1337]2208          tend = 0.0_wp
[1015]2209          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2210             IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2211                CALL advec_s_ws( q, 'q' )
2212             ELSE
2213                CALL advec_s_pw( q )
2214             ENDIF
2215          ELSE
2216             CALL advec_s_up( q )
2217          ENDIF
2218       ENDIF
2219
2220       CALL diffusion_s( q, qsws, qswst, wall_qflux )
2221
2222!
2223!--    Sink or source of scalar concentration due to canopy elements
[1826]2224       IF ( plant_canopy ) CALL pcm_tendency( 5 )
[1015]2225
2226!
[1365]2227!--    Large scale advection
2228       IF ( large_scale_forcing )  THEN
2229          CALL ls_advec( simulated_time, 'q' )
2230       ENDIF
2231
2232!
[1380]2233!--    Nudging
2234       IF ( nudging )  CALL nudge( simulated_time, 'q' ) 
2235
2236!
[1015]2237!--    If required compute influence of large-scale subsidence/ascent
[1365]2238       IF ( large_scale_subsidence  .AND.                                      &
2239            .NOT. use_subsidence_tendencies )  THEN
2240         CALL subsidence( tend, q, q_init, 3 )
[1015]2241       ENDIF
2242
2243       CALL user_actions( 'q-tendency' )
2244
2245!
2246!--    Prognostic equation for total water content / scalar
[1128]2247       DO  i = i_left, i_right
2248          DO  j = j_south, j_north
[1015]2249             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2250                q_p(k,j,i) = q(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
2251                                                  tsc(3) * tq_m(k,j,i) )       &
2252                                      - tsc(5) * rdf_sc(k) *                   &
2253                                        ( q(k,j,i) - q_init(k) )
[1337]2254                IF ( q_p(k,j,i) < 0.0_wp )  q_p(k,j,i) = 0.1_wp * q(k,j,i)
[1015]2255!
2256!--             Tendencies for the next Runge-Kutta step
2257                IF ( runge_step == 1 )  THEN
2258                   tq_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2259                ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2260                   tq_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * tq_m(k,j,i)
[1015]2261                ENDIF
2262             ENDDO
2263          ENDDO
2264       ENDDO
2265
2266       CALL cpu_log( log_point(29), 'q/s-equation', 'stop' )
2267
[1361]2268!
2269!--    If required, calculate prognostic equations for rain water content
2270!--    and rain drop concentration
[1822]2271       IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1361]2272
2273          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'start' )
2274!
2275!--       qr-tendency terms with communication
2276          sbt = tsc(2)
2277          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2278
2279             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2280!
2281!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
2282                sbt = 1.0_wp
2283             ENDIF
2284             tend = 0.0_wp
2285             CALL advec_s_bc( qr, 'qr' )
2286
2287          ENDIF
2288
2289!
2290!--       qr-tendency terms with no communication
2291          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
2292             tend = 0.0_wp
2293             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2294                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2295                   CALL advec_s_ws( qr, 'qr' )
2296                ELSE
2297                   CALL advec_s_pw( qr )
2298                ENDIF
2299             ELSE
2300                CALL advec_s_up( qr )
2301             ENDIF
2302          ENDIF
2303
2304          CALL diffusion_s( qr, qrsws, qrswst, wall_qrflux )
2305
2306!
2307!--       Prognostic equation for rain water content
2308          DO  i = i_left, i_right
2309             DO  j = j_south, j_north
2310                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2311                   qr_p(k,j,i) = qr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
2312                                                       tsc(3) * tqr_m(k,j,i) ) &
2313                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * qr(k,j,i)
2314                   IF ( qr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  qr_p(k,j,i) = 0.0_wp
2315!
2316!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2317                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2318                      tqr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2319                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
2320                      tqr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp *    &
2321                                                                tqr_m(k,j,i)
2322                   ENDIF
2323                ENDDO
2324             ENDDO
2325          ENDDO
2326
2327          CALL cpu_log( log_point(52), 'qr-equation', 'stop' )
2328          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'start' )
2329
2330!
2331!--       nr-tendency terms with communication
2332          sbt = tsc(2)
2333          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2334
2335             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2336!
2337!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
2338                sbt = 1.0_wp
2339             ENDIF
2340             tend = 0.0_wp
2341             CALL advec_s_bc( nr, 'nr' )
2342
2343          ENDIF
2344
2345!
2346!--       nr-tendency terms with no communication
2347          IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme' )  THEN
2348             tend = 0.0_wp
2349             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2350                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2351                   CALL advec_s_ws( nr, 'nr' )
2352                ELSE
2353                   CALL advec_s_pw( nr )
2354                ENDIF
2355             ELSE
2356                CALL advec_s_up( nr )
2357             ENDIF
2358          ENDIF
2359
2360          CALL diffusion_s( nr, nrsws, nrswst, wall_nrflux )
2361
2362!
2363!--       Prognostic equation for rain drop concentration
2364          DO  i = i_left, i_right
2365             DO  j = j_south, j_north
2366                DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
2367                   nr_p(k,j,i) = nr(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +     &
2368                                                       tsc(3) * tnr_m(k,j,i) ) &
2369                                           - tsc(5) * rdf_sc(k) * nr(k,j,i)
2370                   IF ( nr_p(k,j,i) < 0.0_wp )  nr_p(k,j,i) = 0.0_wp
2371!
2372!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2373                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2374                      tnr_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2375                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
2376                      tnr_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp *    &
2377                                                                tnr_m(k,j,i)
2378                   ENDIF
2379                ENDDO
2380             ENDDO
2381          ENDDO
2382
2383          CALL cpu_log( log_point(53), 'nr-equation', 'stop' )
2384
2385       ENDIF
2386
[1015]2387    ENDIF
2388
2389!
2390!-- If required, compute prognostic equation for turbulent kinetic
2391!-- energy (TKE)
2392    IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
2393
2394       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'start' )
2395
2396       sbt = tsc(2)
2397       IF ( .NOT. use_upstream_for_tke )  THEN
2398          IF ( scalar_advec == 'bc-scheme' )  THEN
2399
2400             IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
2401!
2402!--             Bott-Chlond scheme always uses Euler time step. Thus:
[1337]2403                sbt = 1.0_wp
[1015]2404             ENDIF
[1337]2405             tend = 0.0_wp
[1015]2406             CALL advec_s_bc( e, 'e' )
2407
2408          ENDIF
2409       ENDIF
2410
2411!
2412!--    TKE-tendency terms with no communication
2413       IF ( scalar_advec /= 'bc-scheme'  .OR.  use_upstream_for_tke )  THEN
2414          IF ( use_upstream_for_tke )  THEN
[1337]2415             tend = 0.0_wp
[1015]2416             CALL advec_s_up( e )
2417          ELSE
2418             IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2419                IF ( ws_scheme_sca )  THEN
2420                   CALL advec_s_ws_acc( e, 'e' )
2421                ELSE
[1337]2422                   tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]2423                   CALL advec_s_pw( e )
2424                ENDIF
2425             ELSE
[1337]2426                tend = 0.0_wp    ! to be removed later??
[1015]2427                CALL advec_s_up( e )
2428             ENDIF
2429          ENDIF
2430       ENDIF
2431
2432       IF ( .NOT. humidity )  THEN
2433          IF ( ocean )  THEN
2434             CALL diffusion_e( prho, prho_reference )
2435          ELSE
2436             CALL diffusion_e_acc( pt, pt_reference )
2437          ENDIF
2438       ELSE
2439          CALL diffusion_e( vpt, pt_reference )
2440       ENDIF
2441
2442       CALL production_e_acc
2443
2444!
2445!--    Additional sink term for flows through plant canopies
[1826]2446       IF ( plant_canopy )  CALL pcm_tendency( 6 )
[1015]2447       CALL user_actions( 'e-tendency' )
2448
2449!
2450!--    Prognostic equation for TKE.
2451!--    Eliminate negative TKE values, which can occur due to numerical
2452!--    reasons in the course of the integration. In such cases the old TKE
2453!--    value is reduced by 90%.
2454       !$acc kernels present( e, e_p, nzb_s_inner, tend, te_m )
[1257]2455       !$acc loop independent
[1128]2456       DO  i = i_left, i_right
[1257]2457          !$acc loop independent
[1128]2458          DO  j = j_south, j_north
[1257]2459             !$acc loop independent
[1015]2460             DO  k = 1, nzt
2461                IF ( k > nzb_s_inner(j,i) )  THEN
2462                   e_p(k,j,i) = e(k,j,i) + dt_3d * ( sbt * tend(k,j,i) +          &
2463                                                     tsc(3) * te_m(k,j,i) )
[1337]2464                   IF ( e_p(k,j,i) < 0.0_wp )  e_p(k,j,i) = 0.1_wp * e(k,j,i)
[1015]2465!
2466!--                Tendencies for the next Runge-Kutta step
2467                   IF ( runge_step == 1 )  THEN
2468                      te_m(k,j,i) = tend(k,j,i)
2469                   ELSEIF ( runge_step == 2 )  THEN
[1337]2470                      te_m(k,j,i) = -9.5625_wp * tend(k,j,i) + 5.3125_wp * te_m(k,j,i)
[1015]2471                   ENDIF
2472                ENDIF
2473             ENDDO
2474          ENDDO
2475       ENDDO
2476       !$acc end kernels
2477
2478       CALL cpu_log( log_point(16), 'tke-equation', 'stop' )
2479
2480    ENDIF
2481
2482 END SUBROUTINE prognostic_equations_acc
2483
2484
[736]2485 END MODULE prognostic_equations_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.