source: palm/trunk/SOURCE/surface_coupler.f90 @ 4178

Last change on this file since 4178 was 3655, checked in by knoop, 3 years ago

Bugfix: made "unit" and "found" intend INOUT in module interface subroutines + automatic copyright update

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 32.0 KB
Line 
1!> @file surface_coupler.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2019 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: surface_coupler.f90 3655 2019-01-07 16:51:22Z suehring $
27! Modularization of all bulk cloud physics code components
28!
29! 3049 2018-05-29 13:52:36Z Giersch
30! Error messages revised
31!
32! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
33! Error message revised
34!
35! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
36! Corrected "Former revisions" section
37!
38! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
39! Change in file header (GPL part)
40!
41! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
42!
43! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
44! Adjust to new surface structure. Transfer 1D surface fluxes onto 2D grid
45! (and back).
46!
47! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
48! renamed variable rho to rho_ocean
49!
50! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
51! Forced header and separation lines into 80 columns
52!
53! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
54! Code annotations made doxygen readable
55!
56! 1427 2014-07-07 14:04:59Z maronga
57! Bugfix: value of l_v corrected.
58!
59! 1418 2014-06-06 13:05:08Z fricke
60! Bugfix: For caluclation of the salinity flux at the sea surface,
61!          the given value for salinity must be in percent and not in psu
62!
63! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
64! REAL constants provided with KIND-attribute
65!
66! 1324 2014-03-21 09:13:16Z suehring
67! Bugfix: ONLY statement for module pegrid removed
68!
69! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
70! REAL constants defined as wp-kind
71!
72! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
73! ONLY-attribute added to USE-statements,
74! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
75! kinds are defined in new module kinds,
76! old module precision_kind is removed,
77! revision history before 2012 removed,
78! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
79! all variable declaration statements
80!
81! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
82! module interfaces removed
83!
84! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
85! unused variables removed
86!
87! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
88! code put under GPL (PALM 3.9)
89!
90! 880 2012-04-13 06:28:59Z raasch
91! Bugfix: preprocessor statements for parallel execution added
92!
93! 109 2007-08-28 15:26:47Z letzel
94! Initial revision
95!
96! Description:
97! ------------
98!> Data exchange at the interface between coupled models
99!------------------------------------------------------------------------------!
100 SUBROUTINE surface_coupler
101 
102
103    USE arrays_3d,                                                             &
104        ONLY:  pt, rho_ocean, sa, total_2d_a, total_2d_o, u, v
105
106    USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
107        ONLY:  c_p, l_v
108
109    USE control_parameters,                                                    &
110        ONLY:  coupling_mode, coupling_mode_remote, coupling_topology,         &
111               humidity, humidity_remote, land_surface, message_string,        &
112               terminate_coupled, terminate_coupled_remote,                    &
113               time_since_reference_point, urban_surface
114
115    USE cpulog,                                                                &
116        ONLY:  cpu_log, log_point
117
118    USE indices,                                                               &
119        ONLY:  nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr, nxrg, nx_a, nx_o, ny, nyn, nyng, nys, &
120               nysg, ny_a, ny_o, nzt
121
122    USE kinds
123
124    USE pegrid
125
126    USE surface_mod,                                                           &
127        ONLY :  surf_def_h, surf_lsm_h, surf_type, surf_usm_h
128
129    IMPLICIT NONE
130
131    INTEGER(iwp) ::  i                                    !< index variable x-direction
132    INTEGER(iwp) ::  j                                    !< index variable y-direction
133    INTEGER(iwp) ::  m                                    !< running index for surface elements
134
135    REAL(wp)    ::  cpw = 4218.0_wp                       !< heat capacity of water at constant pressure
136    REAL(wp)    ::  time_since_reference_point_rem        !<
137    REAL(wp)    ::  total_2d(-nbgp:ny+nbgp,-nbgp:nx+nbgp) !<
138
139    REAL(wp), DIMENSION(nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  surface_flux !< dummy array for surface fluxes on 2D grid
140
141
142#if defined( __parallel )
143
144    CALL cpu_log( log_point(39), 'surface_coupler', 'start' )
145
146
147
148!
149!-- In case of model termination initiated by the remote model
150!-- (terminate_coupled_remote > 0), initiate termination of the local model.
151!-- The rest of the coupler must then be skipped because it would cause an MPI
152!-- intercomminucation hang.
153!-- If necessary, the coupler will be called at the beginning of the next
154!-- restart run.
155
156    IF ( coupling_topology == 0 ) THEN
157       CALL MPI_SENDRECV( terminate_coupled,        1, MPI_INTEGER, target_id, &
158                          0,                                                   &
159                          terminate_coupled_remote, 1, MPI_INTEGER, target_id, &
160                          0, comm_inter, status, ierr )
161    ELSE
162       IF ( myid == 0) THEN
163          CALL MPI_SENDRECV( terminate_coupled,        1, MPI_INTEGER, &
164                             target_id, 0,                             &
165                             terminate_coupled_remote, 1, MPI_INTEGER, & 
166                             target_id, 0,                             &
167                             comm_inter, status, ierr )
168       ENDIF
169       CALL MPI_BCAST( terminate_coupled_remote, 1, MPI_INTEGER, 0, comm2d, &
170                       ierr )
171
172       ALLOCATE( total_2d_a(-nbgp:ny_a+nbgp,-nbgp:nx_a+nbgp),       &
173                 total_2d_o(-nbgp:ny_o+nbgp,-nbgp:nx_o+nbgp) )
174
175    ENDIF
176
177    IF ( terminate_coupled_remote > 0 )  THEN
178       WRITE( message_string, * ) 'remote model "',                            &
179                                  TRIM( coupling_mode_remote ),                &
180                                  '" terminated',                              &
181                                  '&with terminate_coupled_remote = ',         &
182                                  terminate_coupled_remote,                    &
183                                  '&local model  "', TRIM( coupling_mode ),    &
184                                  '" has',                                     &
185                                  '&terminate_coupled = ',                     &
186                                   terminate_coupled
187       CALL message( 'surface_coupler', 'PA0310', 1, 2, 0, 6, 0 )
188       RETURN
189    ENDIF
190 
191
192!
193!-- Exchange the current simulated time between the models,
194!-- currently just for total_2d
195    IF ( coupling_topology == 0 ) THEN
196   
197       CALL MPI_SEND( time_since_reference_point, 1, MPI_REAL, target_id, 11, &
198                      comm_inter, ierr )
199       CALL MPI_RECV( time_since_reference_point_rem, 1, MPI_REAL, target_id, &
200                      11, comm_inter, status, ierr )
201    ELSE
202
203       IF ( myid == 0 ) THEN
204
205          CALL MPI_SEND( time_since_reference_point, 1, MPI_REAL, target_id, &
206                         11, comm_inter, ierr )
207          CALL MPI_RECV( time_since_reference_point_rem, 1, MPI_REAL,        &
208                         target_id, 11, comm_inter, status, ierr )
209
210       ENDIF
211
212       CALL MPI_BCAST( time_since_reference_point_rem, 1, MPI_REAL, 0, comm2d, &
213                       ierr )
214
215    ENDIF
216
217!
218!-- Exchange the interface data
219    IF ( coupling_mode == 'atmosphere_to_ocean' )  THEN
220   
221!
222!--    Horizontal grid size and number of processors is equal in ocean and
223!--    atmosphere
224       IF ( coupling_topology == 0 )  THEN
225
226!
227!--       Send heat flux at bottom surface to the ocean. First, transfer from
228!--       1D surface type to 2D grid.
229          CALL transfer_1D_to_2D_equal( surf_def_h(0)%shf, surf_lsm_h%shf,     &
230                                        surf_usm_h%shf )
231          CALL MPI_SEND( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, &
232                         12, comm_inter, ierr )
233!
234!--       Send humidity flux at bottom surface to the ocean. First, transfer
235!--       from 1D surface type to 2D grid.
236          CALL transfer_1D_to_2D_equal( surf_def_h(0)%qsws, surf_lsm_h%qsws,   &
237                                        surf_usm_h%qsws )
238          IF ( humidity )  THEN
239             CALL MPI_SEND( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL,         &
240                            target_id, 13, comm_inter, ierr )
241          ENDIF
242!
243!--       Receive temperature at the bottom surface from the ocean
244          CALL MPI_RECV( pt(0,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 14,           &
245                         comm_inter, status, ierr )
246!
247!--       Send the momentum flux (u) at bottom surface to the ocean. First,
248!--       transfer from 1D surface type to 2D grid.
249          CALL transfer_1D_to_2D_equal( surf_def_h(0)%usws, surf_lsm_h%usws,   &
250                                        surf_usm_h%usws )
251          CALL MPI_SEND( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, &
252                         15, comm_inter, ierr )
253!
254!--       Send the momentum flux (v) at bottom surface to the ocean. First,
255!--       transfer from 1D surface type to 2D grid.
256          CALL transfer_1D_to_2D_equal( surf_def_h(0)%vsws, surf_lsm_h%vsws,   &
257                                        surf_usm_h%vsws )
258          CALL MPI_SEND( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, &
259                         16, comm_inter, ierr )
260!
261!--       Receive u at the bottom surface from the ocean
262          CALL MPI_RECV( u(0,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 17,            &
263                         comm_inter, status, ierr )
264!
265!--       Receive v at the bottom surface from the ocean
266          CALL MPI_RECV( v(0,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 18,            &
267                         comm_inter, status, ierr )
268!
269!--    Horizontal grid size or number of processors differs between
270!--    ocean and atmosphere
271       ELSE
272     
273!
274!--       Send heat flux at bottom surface to the ocean
275          total_2d_a = 0.0_wp
276          total_2d   = 0.0_wp
277!
278!--       Transfer from 1D surface type to 2D grid.
279          CALL transfer_1D_to_2D_unequal( surf_def_h(0)%shf, surf_lsm_h%shf,   &
280                                          surf_usm_h%shf )
281
282          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_a, ngp_a, MPI_REAL, MPI_SUM, 0,  &
283                           comm2d, ierr )
284          CALL interpolate_to_ocean( 12 )   
285!
286!--       Send humidity flux at bottom surface to the ocean
287          IF ( humidity )  THEN
288             total_2d_a = 0.0_wp
289             total_2d   = 0.0_wp
290!
291!--          Transfer from 1D surface type to 2D grid.
292             CALL transfer_1D_to_2D_unequal( surf_def_h(0)%qsws,              &
293                                             surf_lsm_h%qsws,                 &
294                                             surf_usm_h%qsws )
295
296             CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_a, ngp_a, MPI_REAL, MPI_SUM, &
297                              0, comm2d, ierr )
298             CALL interpolate_to_ocean( 13 )
299          ENDIF
300!
301!--       Receive temperature at the bottom surface from the ocean
302          IF ( myid == 0 )  THEN
303             CALL MPI_RECV( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL,          &
304                            target_id, 14, comm_inter, status, ierr )   
305          ENDIF
306          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
307          CALL MPI_BCAST( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, 0, comm2d, &
308                          ierr )
309          pt(0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) = total_2d_a(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
310!
311!--       Send momentum flux (u) at bottom surface to the ocean
312          total_2d_a = 0.0_wp 
313          total_2d   = 0.0_wp
314!
315!--       Transfer from 1D surface type to 2D grid.
316          CALL transfer_1D_to_2D_unequal( surf_def_h(0)%usws, surf_lsm_h%usws, &
317                                          surf_usm_h%usws )
318          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_a, ngp_a, MPI_REAL, MPI_SUM, 0, &
319                           comm2d, ierr )
320          CALL interpolate_to_ocean( 15 )
321!
322!--       Send momentum flux (v) at bottom surface to the ocean
323          total_2d_a = 0.0_wp
324          total_2d   = 0.0_wp
325!
326!--       Transfer from 1D surface type to 2D grid.
327          CALL transfer_1D_to_2D_unequal( surf_def_h(0)%usws, surf_lsm_h%usws, &
328                                          surf_usm_h%usws )
329          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_a, ngp_a, MPI_REAL, MPI_SUM, 0, &
330                           comm2d, ierr )
331          CALL interpolate_to_ocean( 16 )
332!
333!--       Receive u at the bottom surface from the ocean
334          IF ( myid == 0 )  THEN
335             CALL MPI_RECV( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, &
336                            target_id, 17, comm_inter, status, ierr )
337          ENDIF
338          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
339          CALL MPI_BCAST( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, 0, comm2d, &
340                          ierr )
341          u(0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) = total_2d_a(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
342!
343!--       Receive v at the bottom surface from the ocean
344          IF ( myid == 0 )  THEN
345             CALL MPI_RECV( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, &
346                            target_id, 18, comm_inter, status, ierr )
347          ENDIF
348          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
349          CALL MPI_BCAST( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, 0, comm2d, &
350                          ierr )
351          v(0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) = total_2d_a(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
352
353       ENDIF
354
355    ELSEIF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
356
357!
358!--    Horizontal grid size and number of processors is equal
359!--    in ocean and atmosphere
360       IF ( coupling_topology == 0 ) THEN
361!
362!--       Receive heat flux at the sea surface (top) from the atmosphere
363          CALL MPI_RECV( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, 12, &
364                         comm_inter, status, ierr )
365          CALL transfer_2D_to_1D_equal( surf_def_h(2)%shf )
366!
367!--       Receive humidity flux from the atmosphere (bottom)
368!--       and add it to the heat flux at the sea surface (top)...
369          IF ( humidity_remote )  THEN
370             CALL MPI_RECV( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, &
371                            target_id, 13, comm_inter, status, ierr )
372             CALL transfer_2D_to_1D_equal( surf_def_h(2)%qsws )
373          ENDIF
374!
375!--       Send sea surface temperature to the atmosphere model
376          CALL MPI_SEND( pt(nzt,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 14, &
377                         comm_inter, ierr )
378!
379!--       Receive momentum flux (u) at the sea surface (top) from the atmosphere
380          CALL MPI_RECV( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, 15, &
381                         comm_inter, status, ierr )
382          CALL transfer_2D_to_1D_equal( surf_def_h(2)%usws )
383!
384!--       Receive momentum flux (v) at the sea surface (top) from the atmosphere
385          CALL MPI_RECV( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, 16, &
386                         comm_inter, status, ierr )
387          CALL transfer_2D_to_1D_equal( surf_def_h(2)%vsws )
388!
389!--       Send u to the atmosphere
390          CALL MPI_SEND( u(nzt,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 17, &
391                         comm_inter, ierr )
392!
393!--       Send v to the atmosphere
394          CALL MPI_SEND( v(nzt,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 18, &
395                         comm_inter, ierr )
396!
397!--    Horizontal gridsize or number of processors differs between
398!--    ocean and atmosphere
399       ELSE
400!
401!--       Receive heat flux at the sea surface (top) from the atmosphere
402          IF ( myid == 0 )  THEN
403             CALL MPI_RECV( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
404                            target_id, 12, comm_inter, status, ierr )
405          ENDIF
406          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
407          CALL MPI_BCAST( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, 0, comm2d, &
408                          ierr )
409          CALL transfer_2D_to_1D_unequal( surf_def_h(2)%shf )
410!
411!--       Receive humidity flux at the sea surface (top) from the atmosphere
412          IF ( humidity_remote )  THEN
413             IF ( myid == 0 )  THEN
414                CALL MPI_RECV( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
415                               target_id, 13, comm_inter, status, ierr )
416             ENDIF
417             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
418             CALL MPI_BCAST( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, 0, &
419                             comm2d, ierr)
420             CALL transfer_2D_to_1D_unequal( surf_def_h(2)%qsws )
421          ENDIF
422!
423!--       Send surface temperature to atmosphere
424          total_2d_o = 0.0_wp
425          total_2d   = 0.0_wp
426          total_2d(nys:nyn,nxl:nxr) = pt(nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
427
428          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_o, ngp_o, MPI_REAL, MPI_SUM, 0, &
429                           comm2d, ierr) 
430          CALL interpolate_to_atmos( 14 )
431!
432!--       Receive momentum flux (u) at the sea surface (top) from the atmosphere
433          IF ( myid == 0 )  THEN
434             CALL MPI_RECV( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
435                            target_id, 15, comm_inter, status, ierr )
436          ENDIF
437          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
438          CALL MPI_BCAST( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
439                          0, comm2d, ierr )
440          CALL transfer_2D_to_1D_unequal( surf_def_h(2)%usws )
441!
442!--       Receive momentum flux (v) at the sea surface (top) from the atmosphere
443          IF ( myid == 0 )  THEN
444             CALL MPI_RECV( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
445                            target_id, 16, comm_inter, status, ierr )
446          ENDIF
447          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
448          CALL MPI_BCAST( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, 0, comm2d, &
449                          ierr )
450          CALL transfer_2D_to_1D_unequal( surf_def_h(2)%vsws )
451!
452!--       Send u to atmosphere
453          total_2d_o = 0.0_wp 
454          total_2d   = 0.0_wp
455          total_2d(nys:nyn,nxl:nxr) = u(nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
456          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_o, ngp_o, MPI_REAL, MPI_SUM, 0, &
457                           comm2d, ierr )
458          CALL interpolate_to_atmos( 17 )
459!
460!--       Send v to atmosphere
461          total_2d_o = 0.0_wp
462          total_2d   = 0.0_wp
463          total_2d(nys:nyn,nxl:nxr) = v(nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
464          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_o, ngp_o, MPI_REAL, MPI_SUM, 0, &
465                           comm2d, ierr )
466          CALL interpolate_to_atmos( 18 )
467       
468       ENDIF
469
470!
471!--    Conversions of fluxes received from atmosphere
472       IF ( humidity_remote )  THEN
473!
474!--       Here top heat flux is still the sum of atmospheric bottom heat fluxes,
475!--       * latent heat of vaporization in m2/s2, or 540 cal/g, or 40.65 kJ/mol
476!--       /(rho_atm(=1.0)*c_p)
477          DO  m = 1, surf_def_h(2)%ns
478             i = surf_def_h(2)%i(m)
479             j = surf_def_h(2)%j(m)
480             
481             surf_def_h(2)%shf(m) = surf_def_h(2)%shf(m) +                     &
482                                    surf_def_h(2)%qsws(m) * l_v / c_p
483!
484!--          ...and convert it to a salinity flux at the sea surface (top)
485!--          following Steinhorn (1991), JPO 21, pp. 1681-1683:
486!--          S'w' = -S * evaporation / ( rho_water * ( 1 - S ) )
487             surf_def_h(2)%sasws(m) = -1.0_wp * sa(nzt,j,i) * 0.001_wp *       &
488                                      surf_def_h(2)%qsws(m) /                  &
489                                    ( rho_ocean(nzt,j,i) *                     &
490                                      ( 1.0_wp - sa(nzt,j,i) * 0.001_wp )      &
491                                    )
492          ENDDO
493       ENDIF
494
495!
496!--    Adjust the kinematic heat flux with respect to ocean density
497!--    (constants are the specific heat capacities for air and water), as well
498!--    as momentum fluxes
499       DO  m = 1, surf_def_h(2)%ns
500          i = surf_def_h(2)%i(m)
501          j = surf_def_h(2)%j(m)
502          surf_def_h(2)%shf(m) = surf_def_h(2)%shf(m) / rho_ocean(nzt,j,i) *   &
503                                 c_p / cpw
504
505          surf_def_h(2)%usws(m) = surf_def_h(2)%usws(m) / rho_ocean(nzt,j,i)
506          surf_def_h(2)%vsws(m) = surf_def_h(2)%vsws(m) / rho_ocean(nzt,j,i)
507       ENDDO
508
509    ENDIF
510
511    IF ( coupling_topology == 1 )  THEN
512       DEALLOCATE( total_2d_o, total_2d_a )
513    ENDIF
514
515    CALL cpu_log( log_point(39), 'surface_coupler', 'stop' )
516
517#endif
518
519     CONTAINS 
520
521!       Description:
522!------------------------------------------------------------------------------!
523!>      Data transfer from 1D surface-data type to 2D dummy array for equal
524!>      grids in atmosphere and ocean.
525!------------------------------------------------------------------------------!
526        SUBROUTINE transfer_1D_to_2D_equal( def_1d, lsm_1d, usm_1d )
527
528           IMPLICIT NONE
529
530            INTEGER(iwp) ::  i   !< running index x
531            INTEGER(iwp) ::  j   !< running index y
532            INTEGER(iwp) ::  m   !< running index surface type
533
534            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_def_h(0)%ns) ::  def_1d !< 1D surface flux, default surfaces
535            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_lsm_h%ns)    ::  lsm_1d !< 1D surface flux, natural surfaces
536            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_usm_h%ns)    ::  usm_1d !< 1D surface flux, urban surfaces
537!
538!--         Transfer surface flux at default surfaces to 2D grid
539            DO  m = 1, surf_def_h(0)%ns
540               i = surf_def_h(0)%i(m)
541               j = surf_def_h(0)%j(m)
542               surface_flux(j,i) = def_1d(m)
543            ENDDO
544!
545!--         Transfer surface flux at natural surfaces to 2D grid
546            IF ( land_surface )  THEN
547               DO  m = 1, SIZE(lsm_1d)
548                  i = surf_lsm_h%i(m)
549                  j = surf_lsm_h%j(m)
550                  surface_flux(j,i) = lsm_1d(m)
551               ENDDO
552            ENDIF
553!
554!--         Transfer surface flux at natural surfaces to 2D grid
555            IF ( urban_surface )  THEN
556               DO  m = 1, SIZE(usm_1d)
557                  i = surf_usm_h%i(m)
558                  j = surf_usm_h%j(m)
559                  surface_flux(j,i) = usm_1d(m)
560               ENDDO
561            ENDIF
562
563        END SUBROUTINE transfer_1D_to_2D_equal
564
565!       Description:
566!------------------------------------------------------------------------------!
567!>      Data transfer from 2D array for equal grids onto 1D surface-data type
568!>      array.
569!------------------------------------------------------------------------------!
570        SUBROUTINE transfer_2D_to_1D_equal( def_1d )
571
572           IMPLICIT NONE
573
574            INTEGER(iwp) ::  i   !< running index x
575            INTEGER(iwp) ::  j   !< running index y
576            INTEGER(iwp) ::  m   !< running index surface type
577
578            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_def_h(2)%ns) ::  def_1d !< 1D surface flux, default surfaces
579!
580!--         Transfer surface flux to 1D surface type, only for default surfaces
581            DO  m = 1, surf_def_h(2)%ns
582               i = surf_def_h(2)%i(m)
583               j = surf_def_h(2)%j(m)
584               def_1d(m) = surface_flux(j,i)
585            ENDDO
586
587        END SUBROUTINE transfer_2D_to_1D_equal
588
589!       Description:
590!------------------------------------------------------------------------------!
591!>      Data transfer from 1D surface-data type to 2D dummy array from unequal
592!>      grids in atmosphere and ocean.
593!------------------------------------------------------------------------------!
594        SUBROUTINE transfer_1D_to_2D_unequal( def_1d, lsm_1d, usm_1d )
595
596           IMPLICIT NONE
597
598            INTEGER(iwp) ::  i   !< running index x
599            INTEGER(iwp) ::  j   !< running index y
600            INTEGER(iwp) ::  m   !< running index surface type
601
602            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_def_h(0)%ns) ::  def_1d !< 1D surface flux, default surfaces
603            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_lsm_h%ns)    ::  lsm_1d !< 1D surface flux, natural surfaces
604            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_usm_h%ns)    ::  usm_1d !< 1D surface flux, urban surfaces
605!
606!--         Transfer surface flux at default surfaces to 2D grid. Transfer no
607!--         ghost-grid points since total_2d is a global array.
608            DO  m = 1, SIZE(def_1d)
609               i = surf_def_h(0)%i(m)
610               j = surf_def_h(0)%j(m)
611
612               IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.                           &
613                    j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
614                  total_2d(j,i) = def_1d(m)
615               ENDIF
616            ENDDO
617!
618!--         Transfer surface flux at natural surfaces to 2D grid
619            IF ( land_surface )  THEN
620               DO  m = 1, SIZE(lsm_1d)
621                  i = surf_lsm_h%i(m)
622                  j = surf_lsm_h%j(m)
623
624                  IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.                        &
625                       j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
626                     total_2d(j,i) = lsm_1d(m)
627                  ENDIF
628               ENDDO
629            ENDIF
630!
631!--         Transfer surface flux at natural surfaces to 2D grid
632            IF ( urban_surface )  THEN
633               DO  m = 1, SIZE(usm_1d)
634                  i = surf_usm_h%i(m)
635                  j = surf_usm_h%j(m)
636
637                  IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.                        &
638                       j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
639                     total_2d(j,i) = usm_1d(m)
640                  ENDIF
641               ENDDO
642            ENDIF
643
644        END SUBROUTINE transfer_1D_to_2D_unequal
645
646!       Description:
647!------------------------------------------------------------------------------!
648!>      Data transfer from 2D dummy array from unequal grids to 1D surface-data
649!>      type.
650!------------------------------------------------------------------------------!
651        SUBROUTINE transfer_2D_to_1D_unequal( def_1d )
652
653           IMPLICIT NONE
654
655            INTEGER(iwp) ::  i   !< running index x
656            INTEGER(iwp) ::  j   !< running index y
657            INTEGER(iwp) ::  m   !< running index surface type
658
659            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_def_h(2)%ns) ::  def_1d !< 1D surface flux, default surfaces
660!
661!--         Transfer 2D surface flux to default surfaces data type. Transfer no
662!--         ghost-grid points since total_2d is a global array.
663            DO  m = 1, SIZE(def_1d)
664               i = surf_def_h(2)%i(m)
665               j = surf_def_h(2)%j(m)
666
667               IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.                           &
668                    j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
669                  def_1d(m) = total_2d_o(j,i)
670               ENDIF
671            ENDDO
672
673
674        END SUBROUTINE transfer_2D_to_1D_unequal
675
676  END SUBROUTINE surface_coupler
677
678
679
680!------------------------------------------------------------------------------!
681! Description:
682! ------------
683!> @todo Missing subroutine description.
684!------------------------------------------------------------------------------!
685  SUBROUTINE interpolate_to_atmos( tag )
686
687#if defined( __parallel )
688
689    USE arrays_3d,                                                             &
690        ONLY:  total_2d_a, total_2d_o
691
692    USE indices,                                                               &
693        ONLY:  nbgp, nx, nx_a, nx_o, ny, ny_a, ny_o
694
695    USE kinds
696
697    USE pegrid
698
699    IMPLICIT NONE
700
701    INTEGER(iwp) ::  dnx  !<
702    INTEGER(iwp) ::  dnx2 !<
703    INTEGER(iwp) ::  dny  !<
704    INTEGER(iwp) ::  dny2 !<
705    INTEGER(iwp) ::  i    !<
706    INTEGER(iwp) ::  ii   !<
707    INTEGER(iwp) ::  j    !<
708    INTEGER(iwp) ::  jj   !<
709
710    INTEGER(iwp), intent(in) ::  tag !<
711
712    CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
713
714    IF ( myid == 0 )  THEN
715!
716!--    Cyclic boundary conditions for the total 2D-grid
717       total_2d_o(-nbgp:-1,:) = total_2d_o(ny+1-nbgp:ny,:)
718       total_2d_o(:,-nbgp:-1) = total_2d_o(:,nx+1-nbgp:nx)
719
720       total_2d_o(ny+1:ny+nbgp,:) = total_2d_o(0:nbgp-1,:)
721       total_2d_o(:,nx+1:nx+nbgp) = total_2d_o(:,0:nbgp-1)
722
723!
724!--    Number of gridpoints of the fine grid within one mesh of the coarse grid
725       dnx = (nx_o+1) / (nx_a+1) 
726       dny = (ny_o+1) / (ny_a+1) 
727
728!
729!--    Distance for interpolation around coarse grid points within the fine
730!--    grid (note: 2*dnx2 must not be equal with dnx)
731       dnx2 = 2 * ( dnx / 2 )
732       dny2 = 2 * ( dny / 2 )
733
734       total_2d_a = 0.0_wp
735!
736!--    Interpolation from ocean-grid-layer to atmosphere-grid-layer
737       DO  j = 0, ny_a
738          DO  i = 0, nx_a
739             DO  jj = 0, dny2
740                DO  ii = 0, dnx2
741                   total_2d_a(j,i) = total_2d_a(j,i) &
742                                     + total_2d_o(j*dny+jj,i*dnx+ii)
743                ENDDO
744             ENDDO
745             total_2d_a(j,i) = total_2d_a(j,i) / ( ( dnx2 + 1 ) * ( dny2 + 1 ) )
746          ENDDO
747       ENDDO
748!
749!--    Cyclic boundary conditions for atmosphere grid
750       total_2d_a(-nbgp:-1,:) = total_2d_a(ny_a+1-nbgp:ny_a,:)
751       total_2d_a(:,-nbgp:-1) = total_2d_a(:,nx_a+1-nbgp:nx_a)
752       
753       total_2d_a(ny_a+1:ny_a+nbgp,:) = total_2d_a(0:nbgp-1,:)
754       total_2d_a(:,nx_a+1:nx_a+nbgp) = total_2d_a(:,0:nbgp-1)
755!
756!--    Transfer of the atmosphere-grid-layer to the atmosphere
757       CALL MPI_SEND( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, target_id, &
758                      tag, comm_inter, ierr )
759
760    ENDIF
761
762    CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
763
764#endif
765
766  END SUBROUTINE interpolate_to_atmos
767
768
769!------------------------------------------------------------------------------!
770! Description:
771! ------------
772!> @todo Missing subroutine description.
773!------------------------------------------------------------------------------!
774  SUBROUTINE interpolate_to_ocean( tag )
775
776#if defined( __parallel )
777
778    USE arrays_3d,                                                             &
779        ONLY:  total_2d_a, total_2d_o
780
781    USE indices,                                                               &
782        ONLY:  nbgp, nx, nx_a, nx_o, ny, ny_a, ny_o
783
784    USE kinds
785
786    USE pegrid
787
788    IMPLICIT NONE
789
790    INTEGER(iwp)             ::  dnx !<
791    INTEGER(iwp)             ::  dny !<
792    INTEGER(iwp)             ::  i   !<
793    INTEGER(iwp)             ::  ii  !<
794    INTEGER(iwp)             ::  j   !<
795    INTEGER(iwp)             ::  jj  !<
796    INTEGER(iwp), intent(in) ::  tag !<
797
798    REAL(wp)                 ::  fl  !<
799    REAL(wp)                 ::  fr  !<
800    REAL(wp)                 ::  myl !<
801    REAL(wp)                 ::  myr !<
802
803    CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
804
805    IF ( myid == 0 )  THEN   
806
807!
808!--    Number of gridpoints of the fine grid within one mesh of the coarse grid
809       dnx = ( nx_o + 1 ) / ( nx_a + 1 ) 
810       dny = ( ny_o + 1 ) / ( ny_a + 1 ) 
811
812!
813!--    Cyclic boundary conditions for atmosphere grid
814       total_2d_a(-nbgp:-1,:) = total_2d_a(ny+1-nbgp:ny,:)
815       total_2d_a(:,-nbgp:-1) = total_2d_a(:,nx+1-nbgp:nx)
816       
817       total_2d_a(ny+1:ny+nbgp,:) = total_2d_a(0:nbgp-1,:)
818       total_2d_a(:,nx+1:nx+nbgp) = total_2d_a(:,0:nbgp-1)
819!
820!--    Bilinear Interpolation from atmosphere grid-layer to ocean grid-layer
821       DO  j = 0, ny
822          DO  i = 0, nx
823             myl = ( total_2d_a(j+1,i)   - total_2d_a(j,i)   ) / dny
824             myr = ( total_2d_a(j+1,i+1) - total_2d_a(j,i+1) ) / dny
825             DO  jj = 0, dny-1
826                fl = myl*jj + total_2d_a(j,i) 
827                fr = myr*jj + total_2d_a(j,i+1) 
828                DO  ii = 0, dnx-1
829                   total_2d_o(j*dny+jj,i*dnx+ii) = ( fr - fl ) / dnx * ii + fl
830                ENDDO
831             ENDDO
832          ENDDO
833       ENDDO
834!
835!--    Cyclic boundary conditions for ocean grid
836       total_2d_o(-nbgp:-1,:) = total_2d_o(ny_o+1-nbgp:ny_o,:)
837       total_2d_o(:,-nbgp:-1) = total_2d_o(:,nx_o+1-nbgp:nx_o)
838
839       total_2d_o(ny_o+1:ny_o+nbgp,:) = total_2d_o(0:nbgp-1,:)
840       total_2d_o(:,nx_o+1:nx_o+nbgp) = total_2d_o(:,0:nbgp-1)
841
842       CALL MPI_SEND( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
843                      target_id, tag, comm_inter, ierr )
844
845    ENDIF
846
847    CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr ) 
848
849#endif
850
851  END SUBROUTINE interpolate_to_ocean
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.