source: palm/trunk/SOURCE/surface_coupler.f90 @ 4598

Last change on this file since 4598 was 4429, checked in by raasch, 14 months ago

serial (non-MPI) test case added, several bugfixes for the serial mode

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 30.4 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 1997-2020 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: surface_coupler.f90 4429 2020-02-27 15:24:30Z suehring $
27! bugfix: preprocessor directives rearranged for serial mode
28!
29! 4360 2020-01-07 11:25:50Z suehring
30! Corrected "Former revisions" section
31!
32! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
33! Modularization of all bulk cloud physics code components
34!
35! 109 2007-08-28 15:26:47Z letzel
36! Initial revision
37!
38! Description:
39! ------------
40!> Data exchange at the interface between coupled models
41!------------------------------------------------------------------------------!
42 SUBROUTINE surface_coupler
43#if defined( __parallel )
44 
45
46    USE arrays_3d,                                                             &
47        ONLY:  pt, rho_ocean, sa, total_2d_a, total_2d_o, u, v
48
49    USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
50        ONLY:  c_p, l_v
51
52    USE control_parameters,                                                    &
53        ONLY:  coupling_mode, coupling_mode_remote, coupling_topology,         &
54               humidity, humidity_remote, land_surface, message_string,        &
55               terminate_coupled, terminate_coupled_remote,                    &
56               time_since_reference_point, urban_surface
57
58    USE cpulog,                                                                &
59        ONLY:  cpu_log, log_point
60
61    USE indices,                                                               &
62        ONLY:  nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr, nxrg, nx_a, nx_o, ny, nyn, nyng, nys, &
63               nysg, ny_a, ny_o, nzt
64
65    USE kinds
66
67    USE pegrid
68
69    USE surface_mod,                                                           &
70        ONLY :  surf_def_h, surf_lsm_h, surf_type, surf_usm_h
71
72    IMPLICIT NONE
73
74    INTEGER(iwp) ::  i                                    !< index variable x-direction
75    INTEGER(iwp) ::  j                                    !< index variable y-direction
76    INTEGER(iwp) ::  m                                    !< running index for surface elements
77
78    REAL(wp)    ::  cpw = 4218.0_wp                       !< heat capacity of water at constant pressure
79    REAL(wp)    ::  time_since_reference_point_rem        !<
80    REAL(wp)    ::  total_2d(-nbgp:ny+nbgp,-nbgp:nx+nbgp) !<
81
82    REAL(wp), DIMENSION(nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  surface_flux !< dummy array for surface fluxes on 2D grid
83
84
85    CALL cpu_log( log_point(39), 'surface_coupler', 'start' )
86
87
88
89!
90!-- In case of model termination initiated by the remote model
91!-- (terminate_coupled_remote > 0), initiate termination of the local model.
92!-- The rest of the coupler must then be skipped because it would cause an MPI
93!-- intercomminucation hang.
94!-- If necessary, the coupler will be called at the beginning of the next
95!-- restart run.
96
97    IF ( coupling_topology == 0 ) THEN
98       CALL MPI_SENDRECV( terminate_coupled,        1, MPI_INTEGER, target_id, &
99                          0,                                                   &
100                          terminate_coupled_remote, 1, MPI_INTEGER, target_id, &
101                          0, comm_inter, status, ierr )
102    ELSE
103       IF ( myid == 0) THEN
104          CALL MPI_SENDRECV( terminate_coupled,        1, MPI_INTEGER, &
105                             target_id, 0,                             &
106                             terminate_coupled_remote, 1, MPI_INTEGER, & 
107                             target_id, 0,                             &
108                             comm_inter, status, ierr )
109       ENDIF
110       CALL MPI_BCAST( terminate_coupled_remote, 1, MPI_INTEGER, 0, comm2d, &
111                       ierr )
112
113       ALLOCATE( total_2d_a(-nbgp:ny_a+nbgp,-nbgp:nx_a+nbgp),       &
114                 total_2d_o(-nbgp:ny_o+nbgp,-nbgp:nx_o+nbgp) )
115
116    ENDIF
117
118    IF ( terminate_coupled_remote > 0 )  THEN
119       WRITE( message_string, * ) 'remote model "',                            &
120                                  TRIM( coupling_mode_remote ),                &
121                                  '" terminated',                              &
122                                  '&with terminate_coupled_remote = ',         &
123                                  terminate_coupled_remote,                    &
124                                  '&local model  "', TRIM( coupling_mode ),    &
125                                  '" has',                                     &
126                                  '&terminate_coupled = ',                     &
127                                   terminate_coupled
128       CALL message( 'surface_coupler', 'PA0310', 1, 2, 0, 6, 0 )
129       RETURN
130    ENDIF
131 
132
133!
134!-- Exchange the current simulated time between the models,
135!-- currently just for total_2d
136    IF ( coupling_topology == 0 ) THEN
137   
138       CALL MPI_SEND( time_since_reference_point, 1, MPI_REAL, target_id, 11, &
139                      comm_inter, ierr )
140       CALL MPI_RECV( time_since_reference_point_rem, 1, MPI_REAL, target_id, &
141                      11, comm_inter, status, ierr )
142    ELSE
143
144       IF ( myid == 0 ) THEN
145
146          CALL MPI_SEND( time_since_reference_point, 1, MPI_REAL, target_id, &
147                         11, comm_inter, ierr )
148          CALL MPI_RECV( time_since_reference_point_rem, 1, MPI_REAL,        &
149                         target_id, 11, comm_inter, status, ierr )
150
151       ENDIF
152
153       CALL MPI_BCAST( time_since_reference_point_rem, 1, MPI_REAL, 0, comm2d, &
154                       ierr )
155
156    ENDIF
157
158!
159!-- Exchange the interface data
160    IF ( coupling_mode == 'atmosphere_to_ocean' )  THEN
161   
162!
163!--    Horizontal grid size and number of processors is equal in ocean and
164!--    atmosphere
165       IF ( coupling_topology == 0 )  THEN
166
167!
168!--       Send heat flux at bottom surface to the ocean. First, transfer from
169!--       1D surface type to 2D grid.
170          CALL transfer_1D_to_2D_equal( surf_def_h(0)%shf, surf_lsm_h%shf,     &
171                                        surf_usm_h%shf )
172          CALL MPI_SEND( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, &
173                         12, comm_inter, ierr )
174!
175!--       Send humidity flux at bottom surface to the ocean. First, transfer
176!--       from 1D surface type to 2D grid.
177          CALL transfer_1D_to_2D_equal( surf_def_h(0)%qsws, surf_lsm_h%qsws,   &
178                                        surf_usm_h%qsws )
179          IF ( humidity )  THEN
180             CALL MPI_SEND( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL,         &
181                            target_id, 13, comm_inter, ierr )
182          ENDIF
183!
184!--       Receive temperature at the bottom surface from the ocean
185          CALL MPI_RECV( pt(0,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 14,           &
186                         comm_inter, status, ierr )
187!
188!--       Send the momentum flux (u) at bottom surface to the ocean. First,
189!--       transfer from 1D surface type to 2D grid.
190          CALL transfer_1D_to_2D_equal( surf_def_h(0)%usws, surf_lsm_h%usws,   &
191                                        surf_usm_h%usws )
192          CALL MPI_SEND( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, &
193                         15, comm_inter, ierr )
194!
195!--       Send the momentum flux (v) at bottom surface to the ocean. First,
196!--       transfer from 1D surface type to 2D grid.
197          CALL transfer_1D_to_2D_equal( surf_def_h(0)%vsws, surf_lsm_h%vsws,   &
198                                        surf_usm_h%vsws )
199          CALL MPI_SEND( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, &
200                         16, comm_inter, ierr )
201!
202!--       Receive u at the bottom surface from the ocean
203          CALL MPI_RECV( u(0,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 17,            &
204                         comm_inter, status, ierr )
205!
206!--       Receive v at the bottom surface from the ocean
207          CALL MPI_RECV( v(0,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 18,            &
208                         comm_inter, status, ierr )
209!
210!--    Horizontal grid size or number of processors differs between
211!--    ocean and atmosphere
212       ELSE
213     
214!
215!--       Send heat flux at bottom surface to the ocean
216          total_2d_a = 0.0_wp
217          total_2d   = 0.0_wp
218!
219!--       Transfer from 1D surface type to 2D grid.
220          CALL transfer_1D_to_2D_unequal( surf_def_h(0)%shf, surf_lsm_h%shf,   &
221                                          surf_usm_h%shf )
222
223          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_a, ngp_a, MPI_REAL, MPI_SUM, 0,  &
224                           comm2d, ierr )
225          CALL interpolate_to_ocean( 12 )   
226!
227!--       Send humidity flux at bottom surface to the ocean
228          IF ( humidity )  THEN
229             total_2d_a = 0.0_wp
230             total_2d   = 0.0_wp
231!
232!--          Transfer from 1D surface type to 2D grid.
233             CALL transfer_1D_to_2D_unequal( surf_def_h(0)%qsws,              &
234                                             surf_lsm_h%qsws,                 &
235                                             surf_usm_h%qsws )
236
237             CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_a, ngp_a, MPI_REAL, MPI_SUM, &
238                              0, comm2d, ierr )
239             CALL interpolate_to_ocean( 13 )
240          ENDIF
241!
242!--       Receive temperature at the bottom surface from the ocean
243          IF ( myid == 0 )  THEN
244             CALL MPI_RECV( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL,          &
245                            target_id, 14, comm_inter, status, ierr )   
246          ENDIF
247          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
248          CALL MPI_BCAST( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, 0, comm2d, &
249                          ierr )
250          pt(0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) = total_2d_a(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
251!
252!--       Send momentum flux (u) at bottom surface to the ocean
253          total_2d_a = 0.0_wp 
254          total_2d   = 0.0_wp
255!
256!--       Transfer from 1D surface type to 2D grid.
257          CALL transfer_1D_to_2D_unequal( surf_def_h(0)%usws, surf_lsm_h%usws, &
258                                          surf_usm_h%usws )
259          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_a, ngp_a, MPI_REAL, MPI_SUM, 0, &
260                           comm2d, ierr )
261          CALL interpolate_to_ocean( 15 )
262!
263!--       Send momentum flux (v) at bottom surface to the ocean
264          total_2d_a = 0.0_wp
265          total_2d   = 0.0_wp
266!
267!--       Transfer from 1D surface type to 2D grid.
268          CALL transfer_1D_to_2D_unequal( surf_def_h(0)%usws, surf_lsm_h%usws, &
269                                          surf_usm_h%usws )
270          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_a, ngp_a, MPI_REAL, MPI_SUM, 0, &
271                           comm2d, ierr )
272          CALL interpolate_to_ocean( 16 )
273!
274!--       Receive u at the bottom surface from the ocean
275          IF ( myid == 0 )  THEN
276             CALL MPI_RECV( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, &
277                            target_id, 17, comm_inter, status, ierr )
278          ENDIF
279          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
280          CALL MPI_BCAST( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, 0, comm2d, &
281                          ierr )
282          u(0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) = total_2d_a(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
283!
284!--       Receive v at the bottom surface from the ocean
285          IF ( myid == 0 )  THEN
286             CALL MPI_RECV( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, &
287                            target_id, 18, comm_inter, status, ierr )
288          ENDIF
289          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
290          CALL MPI_BCAST( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, 0, comm2d, &
291                          ierr )
292          v(0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) = total_2d_a(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
293
294       ENDIF
295
296    ELSEIF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
297
298!
299!--    Horizontal grid size and number of processors is equal
300!--    in ocean and atmosphere
301       IF ( coupling_topology == 0 ) THEN
302!
303!--       Receive heat flux at the sea surface (top) from the atmosphere
304          CALL MPI_RECV( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, 12, &
305                         comm_inter, status, ierr )
306          CALL transfer_2D_to_1D_equal( surf_def_h(2)%shf )
307!
308!--       Receive humidity flux from the atmosphere (bottom)
309!--       and add it to the heat flux at the sea surface (top)...
310          IF ( humidity_remote )  THEN
311             CALL MPI_RECV( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, &
312                            target_id, 13, comm_inter, status, ierr )
313             CALL transfer_2D_to_1D_equal( surf_def_h(2)%qsws )
314          ENDIF
315!
316!--       Send sea surface temperature to the atmosphere model
317          CALL MPI_SEND( pt(nzt,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 14, &
318                         comm_inter, ierr )
319!
320!--       Receive momentum flux (u) at the sea surface (top) from the atmosphere
321          CALL MPI_RECV( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, 15, &
322                         comm_inter, status, ierr )
323          CALL transfer_2D_to_1D_equal( surf_def_h(2)%usws )
324!
325!--       Receive momentum flux (v) at the sea surface (top) from the atmosphere
326          CALL MPI_RECV( surface_flux(nysg,nxlg), ngp_xy, MPI_REAL, target_id, 16, &
327                         comm_inter, status, ierr )
328          CALL transfer_2D_to_1D_equal( surf_def_h(2)%vsws )
329!
330!--       Send u to the atmosphere
331          CALL MPI_SEND( u(nzt,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 17, &
332                         comm_inter, ierr )
333!
334!--       Send v to the atmosphere
335          CALL MPI_SEND( v(nzt,nysg,nxlg), 1, type_xy, target_id, 18, &
336                         comm_inter, ierr )
337!
338!--    Horizontal gridsize or number of processors differs between
339!--    ocean and atmosphere
340       ELSE
341!
342!--       Receive heat flux at the sea surface (top) from the atmosphere
343          IF ( myid == 0 )  THEN
344             CALL MPI_RECV( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
345                            target_id, 12, comm_inter, status, ierr )
346          ENDIF
347          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
348          CALL MPI_BCAST( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, 0, comm2d, &
349                          ierr )
350          CALL transfer_2D_to_1D_unequal( surf_def_h(2)%shf )
351!
352!--       Receive humidity flux at the sea surface (top) from the atmosphere
353          IF ( humidity_remote )  THEN
354             IF ( myid == 0 )  THEN
355                CALL MPI_RECV( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
356                               target_id, 13, comm_inter, status, ierr )
357             ENDIF
358             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
359             CALL MPI_BCAST( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, 0, &
360                             comm2d, ierr)
361             CALL transfer_2D_to_1D_unequal( surf_def_h(2)%qsws )
362          ENDIF
363!
364!--       Send surface temperature to atmosphere
365          total_2d_o = 0.0_wp
366          total_2d   = 0.0_wp
367          total_2d(nys:nyn,nxl:nxr) = pt(nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
368
369          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_o, ngp_o, MPI_REAL, MPI_SUM, 0, &
370                           comm2d, ierr) 
371          CALL interpolate_to_atmos( 14 )
372!
373!--       Receive momentum flux (u) at the sea surface (top) from the atmosphere
374          IF ( myid == 0 )  THEN
375             CALL MPI_RECV( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
376                            target_id, 15, comm_inter, status, ierr )
377          ENDIF
378          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
379          CALL MPI_BCAST( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
380                          0, comm2d, ierr )
381          CALL transfer_2D_to_1D_unequal( surf_def_h(2)%usws )
382!
383!--       Receive momentum flux (v) at the sea surface (top) from the atmosphere
384          IF ( myid == 0 )  THEN
385             CALL MPI_RECV( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
386                            target_id, 16, comm_inter, status, ierr )
387          ENDIF
388          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
389          CALL MPI_BCAST( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, 0, comm2d, &
390                          ierr )
391          CALL transfer_2D_to_1D_unequal( surf_def_h(2)%vsws )
392!
393!--       Send u to atmosphere
394          total_2d_o = 0.0_wp 
395          total_2d   = 0.0_wp
396          total_2d(nys:nyn,nxl:nxr) = u(nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
397          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_o, ngp_o, MPI_REAL, MPI_SUM, 0, &
398                           comm2d, ierr )
399          CALL interpolate_to_atmos( 17 )
400!
401!--       Send v to atmosphere
402          total_2d_o = 0.0_wp
403          total_2d   = 0.0_wp
404          total_2d(nys:nyn,nxl:nxr) = v(nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
405          CALL MPI_REDUCE( total_2d, total_2d_o, ngp_o, MPI_REAL, MPI_SUM, 0, &
406                           comm2d, ierr )
407          CALL interpolate_to_atmos( 18 )
408       
409       ENDIF
410
411!
412!--    Conversions of fluxes received from atmosphere
413       IF ( humidity_remote )  THEN
414!
415!--       Here top heat flux is still the sum of atmospheric bottom heat fluxes,
416!--       * latent heat of vaporization in m2/s2, or 540 cal/g, or 40.65 kJ/mol
417!--       /(rho_atm(=1.0)*c_p)
418          DO  m = 1, surf_def_h(2)%ns
419             i = surf_def_h(2)%i(m)
420             j = surf_def_h(2)%j(m)
421             
422             surf_def_h(2)%shf(m) = surf_def_h(2)%shf(m) +                     &
423                                    surf_def_h(2)%qsws(m) * l_v / c_p
424!
425!--          ...and convert it to a salinity flux at the sea surface (top)
426!--          following Steinhorn (1991), JPO 21, pp. 1681-1683:
427!--          S'w' = -S * evaporation / ( rho_water * ( 1 - S ) )
428             surf_def_h(2)%sasws(m) = -1.0_wp * sa(nzt,j,i) * 0.001_wp *       &
429                                      surf_def_h(2)%qsws(m) /                  &
430                                    ( rho_ocean(nzt,j,i) *                     &
431                                      ( 1.0_wp - sa(nzt,j,i) * 0.001_wp )      &
432                                    )
433          ENDDO
434       ENDIF
435
436!
437!--    Adjust the kinematic heat flux with respect to ocean density
438!--    (constants are the specific heat capacities for air and water), as well
439!--    as momentum fluxes
440       DO  m = 1, surf_def_h(2)%ns
441          i = surf_def_h(2)%i(m)
442          j = surf_def_h(2)%j(m)
443          surf_def_h(2)%shf(m) = surf_def_h(2)%shf(m) / rho_ocean(nzt,j,i) *   &
444                                 c_p / cpw
445
446          surf_def_h(2)%usws(m) = surf_def_h(2)%usws(m) / rho_ocean(nzt,j,i)
447          surf_def_h(2)%vsws(m) = surf_def_h(2)%vsws(m) / rho_ocean(nzt,j,i)
448       ENDDO
449
450    ENDIF
451
452    IF ( coupling_topology == 1 )  THEN
453       DEALLOCATE( total_2d_o, total_2d_a )
454    ENDIF
455
456    CALL cpu_log( log_point(39), 'surface_coupler', 'stop' )
457
458
459     CONTAINS 
460
461!       Description:
462!------------------------------------------------------------------------------!
463!>      Data transfer from 1D surface-data type to 2D dummy array for equal
464!>      grids in atmosphere and ocean.
465!------------------------------------------------------------------------------!
466        SUBROUTINE transfer_1D_to_2D_equal( def_1d, lsm_1d, usm_1d )
467
468           IMPLICIT NONE
469
470            INTEGER(iwp) ::  i   !< running index x
471            INTEGER(iwp) ::  j   !< running index y
472            INTEGER(iwp) ::  m   !< running index surface type
473
474            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_def_h(0)%ns) ::  def_1d !< 1D surface flux, default surfaces
475            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_lsm_h%ns)    ::  lsm_1d !< 1D surface flux, natural surfaces
476            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_usm_h%ns)    ::  usm_1d !< 1D surface flux, urban surfaces
477!
478!--         Transfer surface flux at default surfaces to 2D grid
479            DO  m = 1, surf_def_h(0)%ns
480               i = surf_def_h(0)%i(m)
481               j = surf_def_h(0)%j(m)
482               surface_flux(j,i) = def_1d(m)
483            ENDDO
484!
485!--         Transfer surface flux at natural surfaces to 2D grid
486            IF ( land_surface )  THEN
487               DO  m = 1, SIZE(lsm_1d)
488                  i = surf_lsm_h%i(m)
489                  j = surf_lsm_h%j(m)
490                  surface_flux(j,i) = lsm_1d(m)
491               ENDDO
492            ENDIF
493!
494!--         Transfer surface flux at natural surfaces to 2D grid
495            IF ( urban_surface )  THEN
496               DO  m = 1, SIZE(usm_1d)
497                  i = surf_usm_h%i(m)
498                  j = surf_usm_h%j(m)
499                  surface_flux(j,i) = usm_1d(m)
500               ENDDO
501            ENDIF
502
503        END SUBROUTINE transfer_1D_to_2D_equal
504
505!       Description:
506!------------------------------------------------------------------------------!
507!>      Data transfer from 2D array for equal grids onto 1D surface-data type
508!>      array.
509!------------------------------------------------------------------------------!
510        SUBROUTINE transfer_2D_to_1D_equal( def_1d )
511
512           IMPLICIT NONE
513
514            INTEGER(iwp) ::  i   !< running index x
515            INTEGER(iwp) ::  j   !< running index y
516            INTEGER(iwp) ::  m   !< running index surface type
517
518            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_def_h(2)%ns) ::  def_1d !< 1D surface flux, default surfaces
519!
520!--         Transfer surface flux to 1D surface type, only for default surfaces
521            DO  m = 1, surf_def_h(2)%ns
522               i = surf_def_h(2)%i(m)
523               j = surf_def_h(2)%j(m)
524               def_1d(m) = surface_flux(j,i)
525            ENDDO
526
527        END SUBROUTINE transfer_2D_to_1D_equal
528
529!       Description:
530!------------------------------------------------------------------------------!
531!>      Data transfer from 1D surface-data type to 2D dummy array from unequal
532!>      grids in atmosphere and ocean.
533!------------------------------------------------------------------------------!
534        SUBROUTINE transfer_1D_to_2D_unequal( def_1d, lsm_1d, usm_1d )
535
536           IMPLICIT NONE
537
538            INTEGER(iwp) ::  i   !< running index x
539            INTEGER(iwp) ::  j   !< running index y
540            INTEGER(iwp) ::  m   !< running index surface type
541
542            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_def_h(0)%ns) ::  def_1d !< 1D surface flux, default surfaces
543            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_lsm_h%ns)    ::  lsm_1d !< 1D surface flux, natural surfaces
544            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_usm_h%ns)    ::  usm_1d !< 1D surface flux, urban surfaces
545!
546!--         Transfer surface flux at default surfaces to 2D grid. Transfer no
547!--         ghost-grid points since total_2d is a global array.
548            DO  m = 1, SIZE(def_1d)
549               i = surf_def_h(0)%i(m)
550               j = surf_def_h(0)%j(m)
551
552               IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.                           &
553                    j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
554                  total_2d(j,i) = def_1d(m)
555               ENDIF
556            ENDDO
557!
558!--         Transfer surface flux at natural surfaces to 2D grid
559            IF ( land_surface )  THEN
560               DO  m = 1, SIZE(lsm_1d)
561                  i = surf_lsm_h%i(m)
562                  j = surf_lsm_h%j(m)
563
564                  IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.                        &
565                       j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
566                     total_2d(j,i) = lsm_1d(m)
567                  ENDIF
568               ENDDO
569            ENDIF
570!
571!--         Transfer surface flux at natural surfaces to 2D grid
572            IF ( urban_surface )  THEN
573               DO  m = 1, SIZE(usm_1d)
574                  i = surf_usm_h%i(m)
575                  j = surf_usm_h%j(m)
576
577                  IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.                        &
578                       j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
579                     total_2d(j,i) = usm_1d(m)
580                  ENDIF
581               ENDDO
582            ENDIF
583
584        END SUBROUTINE transfer_1D_to_2D_unequal
585
586!       Description:
587!------------------------------------------------------------------------------!
588!>      Data transfer from 2D dummy array from unequal grids to 1D surface-data
589!>      type.
590!------------------------------------------------------------------------------!
591        SUBROUTINE transfer_2D_to_1D_unequal( def_1d )
592
593           IMPLICIT NONE
594
595            INTEGER(iwp) ::  i   !< running index x
596            INTEGER(iwp) ::  j   !< running index y
597            INTEGER(iwp) ::  m   !< running index surface type
598
599            REAL(wp), DIMENSION(1:surf_def_h(2)%ns) ::  def_1d !< 1D surface flux, default surfaces
600!
601!--         Transfer 2D surface flux to default surfaces data type. Transfer no
602!--         ghost-grid points since total_2d is a global array.
603            DO  m = 1, SIZE(def_1d)
604               i = surf_def_h(2)%i(m)
605               j = surf_def_h(2)%j(m)
606
607               IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.                           &
608                    j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
609                  def_1d(m) = total_2d_o(j,i)
610               ENDIF
611            ENDDO
612
613
614        END SUBROUTINE transfer_2D_to_1D_unequal
615
616#endif
617  END SUBROUTINE surface_coupler
618
619
620
621!------------------------------------------------------------------------------!
622! Description:
623! ------------
624!> @todo Missing subroutine description.
625!------------------------------------------------------------------------------!
626#if defined( __parallel )
627
628  SUBROUTINE interpolate_to_atmos( tag )
629
630    USE arrays_3d,                                                             &
631        ONLY:  total_2d_a, total_2d_o
632
633    USE indices,                                                               &
634        ONLY:  nbgp, nx, nx_a, nx_o, ny, ny_a, ny_o
635
636    USE kinds
637
638    USE pegrid
639
640    IMPLICIT NONE
641
642    INTEGER(iwp) ::  dnx  !<
643    INTEGER(iwp) ::  dnx2 !<
644    INTEGER(iwp) ::  dny  !<
645    INTEGER(iwp) ::  dny2 !<
646    INTEGER(iwp) ::  i    !<
647    INTEGER(iwp) ::  ii   !<
648    INTEGER(iwp) ::  j    !<
649    INTEGER(iwp) ::  jj   !<
650
651    INTEGER(iwp), intent(in) ::  tag !<
652
653    CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
654
655    IF ( myid == 0 )  THEN
656!
657!--    Cyclic boundary conditions for the total 2D-grid
658       total_2d_o(-nbgp:-1,:) = total_2d_o(ny+1-nbgp:ny,:)
659       total_2d_o(:,-nbgp:-1) = total_2d_o(:,nx+1-nbgp:nx)
660
661       total_2d_o(ny+1:ny+nbgp,:) = total_2d_o(0:nbgp-1,:)
662       total_2d_o(:,nx+1:nx+nbgp) = total_2d_o(:,0:nbgp-1)
663
664!
665!--    Number of gridpoints of the fine grid within one mesh of the coarse grid
666       dnx = (nx_o+1) / (nx_a+1) 
667       dny = (ny_o+1) / (ny_a+1) 
668
669!
670!--    Distance for interpolation around coarse grid points within the fine
671!--    grid (note: 2*dnx2 must not be equal with dnx)
672       dnx2 = 2 * ( dnx / 2 )
673       dny2 = 2 * ( dny / 2 )
674
675       total_2d_a = 0.0_wp
676!
677!--    Interpolation from ocean-grid-layer to atmosphere-grid-layer
678       DO  j = 0, ny_a
679          DO  i = 0, nx_a
680             DO  jj = 0, dny2
681                DO  ii = 0, dnx2
682                   total_2d_a(j,i) = total_2d_a(j,i) &
683                                     + total_2d_o(j*dny+jj,i*dnx+ii)
684                ENDDO
685             ENDDO
686             total_2d_a(j,i) = total_2d_a(j,i) / ( ( dnx2 + 1 ) * ( dny2 + 1 ) )
687          ENDDO
688       ENDDO
689!
690!--    Cyclic boundary conditions for atmosphere grid
691       total_2d_a(-nbgp:-1,:) = total_2d_a(ny_a+1-nbgp:ny_a,:)
692       total_2d_a(:,-nbgp:-1) = total_2d_a(:,nx_a+1-nbgp:nx_a)
693       
694       total_2d_a(ny_a+1:ny_a+nbgp,:) = total_2d_a(0:nbgp-1,:)
695       total_2d_a(:,nx_a+1:nx_a+nbgp) = total_2d_a(:,0:nbgp-1)
696!
697!--    Transfer of the atmosphere-grid-layer to the atmosphere
698       CALL MPI_SEND( total_2d_a(-nbgp,-nbgp), ngp_a, MPI_REAL, target_id, &
699                      tag, comm_inter, ierr )
700
701    ENDIF
702
703    CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
704
705  END SUBROUTINE interpolate_to_atmos
706
707#endif
708
709
710!------------------------------------------------------------------------------!
711! Description:
712! ------------
713!> @todo Missing subroutine description.
714!------------------------------------------------------------------------------!
715#if defined( __parallel )
716
717  SUBROUTINE interpolate_to_ocean( tag )
718
719    USE arrays_3d,                                                             &
720        ONLY:  total_2d_a, total_2d_o
721
722    USE indices,                                                               &
723        ONLY:  nbgp, nx, nx_a, nx_o, ny, ny_a, ny_o
724
725    USE kinds
726
727    USE pegrid
728
729    IMPLICIT NONE
730
731    INTEGER(iwp)             ::  dnx !<
732    INTEGER(iwp)             ::  dny !<
733    INTEGER(iwp)             ::  i   !<
734    INTEGER(iwp)             ::  ii  !<
735    INTEGER(iwp)             ::  j   !<
736    INTEGER(iwp)             ::  jj  !<
737    INTEGER(iwp), intent(in) ::  tag !<
738
739    REAL(wp)                 ::  fl  !<
740    REAL(wp)                 ::  fr  !<
741    REAL(wp)                 ::  myl !<
742    REAL(wp)                 ::  myr !<
743
744    CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
745
746    IF ( myid == 0 )  THEN   
747
748!
749!--    Number of gridpoints of the fine grid within one mesh of the coarse grid
750       dnx = ( nx_o + 1 ) / ( nx_a + 1 ) 
751       dny = ( ny_o + 1 ) / ( ny_a + 1 ) 
752
753!
754!--    Cyclic boundary conditions for atmosphere grid
755       total_2d_a(-nbgp:-1,:) = total_2d_a(ny+1-nbgp:ny,:)
756       total_2d_a(:,-nbgp:-1) = total_2d_a(:,nx+1-nbgp:nx)
757       
758       total_2d_a(ny+1:ny+nbgp,:) = total_2d_a(0:nbgp-1,:)
759       total_2d_a(:,nx+1:nx+nbgp) = total_2d_a(:,0:nbgp-1)
760!
761!--    Bilinear Interpolation from atmosphere grid-layer to ocean grid-layer
762       DO  j = 0, ny
763          DO  i = 0, nx
764             myl = ( total_2d_a(j+1,i)   - total_2d_a(j,i)   ) / dny
765             myr = ( total_2d_a(j+1,i+1) - total_2d_a(j,i+1) ) / dny
766             DO  jj = 0, dny-1
767                fl = myl*jj + total_2d_a(j,i) 
768                fr = myr*jj + total_2d_a(j,i+1) 
769                DO  ii = 0, dnx-1
770                   total_2d_o(j*dny+jj,i*dnx+ii) = ( fr - fl ) / dnx * ii + fl
771                ENDDO
772             ENDDO
773          ENDDO
774       ENDDO
775!
776!--    Cyclic boundary conditions for ocean grid
777       total_2d_o(-nbgp:-1,:) = total_2d_o(ny_o+1-nbgp:ny_o,:)
778       total_2d_o(:,-nbgp:-1) = total_2d_o(:,nx_o+1-nbgp:nx_o)
779
780       total_2d_o(ny_o+1:ny_o+nbgp,:) = total_2d_o(0:nbgp-1,:)
781       total_2d_o(:,nx_o+1:nx_o+nbgp) = total_2d_o(:,0:nbgp-1)
782
783       CALL MPI_SEND( total_2d_o(-nbgp,-nbgp), ngp_o, MPI_REAL, &
784                      target_id, tag, comm_inter, ierr )
785
786    ENDIF
787
788    CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr ) 
789
790  END SUBROUTINE interpolate_to_ocean
791
792#endif
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.