source: palm/trunk/SOURCE/time_integration.f90 @ 1859

Last change on this file since 1859 was 1854, checked in by maronga, 9 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 44.1 KB
Line 
1!> @file time_integration.f90
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!
16! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! ------------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: time_integration.f90 1854 2016-04-11 09:03:15Z hoffmann $
26!
27! 1853 2016-04-11 09:00:35Z maronga
28! Adjusted for use with radiation_scheme = constant
29!
30! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
31! Adapted for modularization of microphysics
32!
33! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
34! spectrum renamed spectra_mod, spectra related variables moved to spectra_mod
35!
36! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
37! turbulence renamed collision_turbulence
38!
39! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
40! icloud_scheme replaced by microphysics_*
41!
42! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
43! output message in case unscheduled radiation calls removed
44!
45! 1797 2016-03-21 16:50:28Z raasch
46! introduction of different datatransfer modes
47!
48! 1791 2016-03-11 10:41:25Z raasch
49! call of pmci_update_new removed
50!
51! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
52! +module spectrum
53!
54! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
55! switch back of netcdf data format for mask output moved to the mask output
56! routine
57!
58! 1781 2016-03-03 15:12:23Z raasch
59! some pmc calls removed at the beginning (before timeloop),
60! pmc initialization moved to the main program
61!
62! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
63! PMC_ACTIVE flags removed,
64! bugfix: nest synchronization after first call of timestep
65!
66! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
67! Introduction of nested domain feature
68!
69! 1736 2015-12-04 08:56:33Z raasch
70! no perturbations added to total domain if energy limit has been set zero
71!
72! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
73! Added option for spin-ups without land surface and radiation models. Moved calls
74! for radiation and lan surface schemes.
75!
76! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
77! Code annotations made doxygen readable
78!
79! 1671 2015-09-25 03:29:37Z raasch
80! bugfix: ghostpoint exchange for array diss in case that sgs velocities are used
81! for particles
82!
83! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
84! Moved call of radiation scheme. Added support for RRTM
85!
86! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
87! Added interface for different radiation schemes.
88!
89! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
90! Added calls for the land surface model and radiation scheme
91!
92! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
93! location messages modified
94!
95! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
96! location messages added
97!
98! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
99! CALL of nudge_ref added
100! bc_pt_t_val and bc_q_t_val are updated in case nudging is used
101!
102! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
103! Reset sums_ls_l to zero at each timestep
104! +sums_ls_l
105! Calculation of reference state (previously in subroutine calc_mean_profile)
106
107! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
108! REAL constants defined as wp-kind
109!
110! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
111! ONLY-attribute added to USE-statements,
112! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
113! kinds are defined in new module kinds,
114! old module precision_kind is removed,
115! revision history before 2012 removed,
116! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
117! all variable declaration statements
118! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
119! module interfaces removed
120!
121! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
122! +netcdf_data_format_save
123! For masked data, parallel netcdf output is not tested so far, hence
124! netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
125!
126! 1276 2014-01-15 13:40:41Z heinze
127! Use LSF_DATA also in case of Dirichlet bottom boundary condition for scalars
128!
129! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
130! acc-update-host directive for timestep removed
131!
132! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
133! Generalize calc_mean_profile for wider use
134! Determine shf and qsws in dependence on data from LSF_DATA
135! Determine ug and vg in dependence on data from LSF_DATA
136! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
137! host update of arrays before timestep is called
138!
139! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
140! mean profiles for reference state are only calculated if required,
141! small bugfix for background communication
142!
143! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
144! split of prognostic_equations deactivated (comment lines), for the time being
145!
146! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
147! asynchronous transfer of ghost point data realized for acc-optimized version:
148! prognostic_equations are first called two times for those points required for
149! the left-right and north-south exchange, respectively, and then for the
150! remaining points,
151! those parts requiring global communication moved from prognostic_equations to
152! here
153!
154! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
155! calculation of qr and nr is restricted to precipitation
156!
157! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
158! GPU-porting of boundary conditions,
159! openACC directives updated
160! formal parameter removed from routine boundary_conds
161!
162! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
163! +internal timestep counter for cpu statistics added,
164! openACC directives updated
165!
166! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
167! unused variables removed
168!
169! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
170! exchange of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
171!
172! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
173! exchange of ghost points for nr, qr added
174!
175! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
176! code put under GPL (PALM 3.9)
177!
178! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
179! non-optimized version of prognostic_equations removed
180!
181! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
182! +call of prognostic_equations_acc
183!
184! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
185! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
186!
187! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
188! advec_particles renamed lpm, first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
189!
190! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
191! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
192!
193! Revision 1.1  1997/08/11 06:19:04  raasch
194! Initial revision
195!
196!
197! Description:
198! ------------
199!> Integration in time of the model equations, statistical analysis and graphic
200!> output
201!------------------------------------------------------------------------------!
202 SUBROUTINE time_integration
203 
204
205    USE advec_ws,                                                              &
206        ONLY:  ws_statistics
207
208    USE arrays_3d,                                                             &
209        ONLY:  diss, dzu, e, e_p, nr_p, prho, pt, pt_p, pt_init, q_init, q,    &
210               ql, ql_c, ql_v, ql_vp, qr_p, q_p, ref_state, rho, sa_p, tend,   &
211               u, u_p, v, vpt, v_p, w, w_p
212
213    USE calc_mean_profile_mod,                                                 &
214        ONLY:  calc_mean_profile
215
216    USE control_parameters,                                                    &
217        ONLY:  advected_distance_x, advected_distance_y, average_count_3d,     &
218               averaging_interval, averaging_interval_pr,                      &
219               bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_pt_t_val,                              &
220               bc_q_t_val, call_psolver_at_all_substeps, cloud_droplets,       &
221               cloud_physics, constant_flux_layer, constant_heatflux,          &
222               create_disturbances, dopr_n, constant_diffusion, coupling_mode, &
223               coupling_start_time, current_timestep_number,                   &
224               disturbance_created, disturbance_energy_limit, dist_range,      &
225               do_sum, dt_3d, dt_averaging_input, dt_averaging_input_pr,       &
226               dt_coupling, dt_data_output_av, dt_disturb, dt_do2d_xy,         &
227               dt_do2d_xz, dt_do2d_yz, dt_do3d, dt_domask,dt_dopts, dt_dopr,   &
228               dt_dopr_listing, dt_dots, dt_dvrp, dt_run_control,              &
229               end_time, first_call_lpm, galilei_transformation, humidity,     &
230               intermediate_timestep_count,                                    &
231               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
232               loop_optimization, lsf_surf, lsf_vert, masks,                   &
233               microphysics_seifert, mid, nest_domain,                         &
234               neutral, nr_timesteps_this_run, nudging,                        &
235               ocean, on_device, passive_scalar,                               &
236               prho_reference, pt_reference, pt_slope_offset, random_heatflux, &
237               run_coupled, simulated_time, simulated_time_chr,                &
238               skip_time_do2d_xy, skip_time_do2d_xz, skip_time_do2d_yz,        &
239               skip_time_do3d, skip_time_domask, skip_time_dopr,               &
240               skip_time_data_output_av, sloping_surface,                      &
241               stop_dt, terminate_coupled, terminate_run, timestep_scheme,     &
242               time_coupling, time_do2d_xy, time_do2d_xz, time_do2d_yz,        &
243               time_do3d, time_domask, time_dopr, time_dopr_av,                &
244               time_dopr_listing, time_dopts, time_dosp, time_dosp_av,         &
245               time_dots, time_do_av, time_do_sla, time_disturb, time_dvrp,    &
246               time_run_control, time_since_reference_point,                   &
247               turbulent_inflow, use_initial_profile_as_reference,             &
248               use_single_reference_value, u_gtrans, v_gtrans, ws_scheme_mom,  &
249               ws_scheme_sca
250
251    USE cpulog,                                                                &
252        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
253
254    USE indices,                                                               &
255        ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr,    &
256               nxrg, nyn, nys, nzb, nzt, nzb_u_inner, nzb_v_inner 
257
258    USE interaction_droplets_ptq_mod,                                          &
259        ONLY:  interaction_droplets_ptq
260
261    USE kinds
262
263    USE land_surface_model_mod,                                                &
264        ONLY:  land_surface, lsm_energy_balance, lsm_soil_model,               &
265               skip_time_do_lsm
266
267    USE ls_forcing_mod,                                                        &
268        ONLY:  ls_forcing_surf, ls_forcing_vert
269
270    USE microphysics_mod,                                                      &
271        ONLY: collision_turbulence
272
273    USE nudge_mod,                                                             &
274        ONLY:  calc_tnudge, nudge_ref
275
276    USE particle_attributes,                                                   &
277        ONLY:  particle_advection, particle_advection_start,                   &
278               use_sgs_for_particles, wang_kernel
279
280    USE pegrid
281
282    USE pmc_interface,                                                         &
283        ONLY:  client_to_server, nested_run, nesting_mode,                     &
284               pmci_client_synchronize, pmci_datatrans,                        &
285               pmci_ensure_nest_mass_conservation,                             &
286               pmci_server_synchronize, server_to_client
287
288    USE production_e_mod,                                                      &
289        ONLY:  production_e_init
290
291    USE progress_bar,                                                          &
292        ONLY:  finish_progress_bar, output_progress_bar
293
294    USE prognostic_equations_mod,                                              &
295        ONLY:  prognostic_equations_acc, prognostic_equations_cache,           &
296               prognostic_equations_vector
297
298    USE radiation_model_mod,                                                   &
299        ONLY: dt_radiation, force_radiation_call, radiation,                   &
300              radiation_clearsky, radiation_constant, radiation_rrtmg,         &
301              radiation_scheme, skip_time_do_radiation, time_radiation
302
303    USE spectra_mod,                                                           &
304        ONLY: average_count_sp, averaging_interval_sp, calc_spectra, dt_dosp,  &
305              skip_time_dosp
306
307    USE statistics,                                                            &
308        ONLY:  flow_statistics_called, hom, pr_palm, sums_ls_l
309
310    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
311        ONLY:  surface_layer_fluxes
312
313    USE user_actions_mod,                                                      &
314        ONLY:  user_actions
315
316    IMPLICIT NONE
317
318    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string          !<
319
320!
321!-- At the beginning of a simulation determine the time step as well as
322!-- determine and print out the run control parameters
323    IF ( simulated_time == 0.0_wp )  CALL timestep
324
325!
326!-- Synchronize the timestep in case of nested run.
327!-- The server side must be called first
328    IF ( nested_run )  THEN
329       CALL pmci_server_synchronize
330       CALL pmci_client_synchronize
331    ENDIF
332
333    CALL run_control
334
335!
336!-- Data exchange between coupled models in case that a call has been omitted
337!-- at the end of the previous run of a job chain.
338    IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
339!
340!--    In case of model termination initiated by the local model the coupler
341!--    must not be called because this would again cause an MPI hang.
342       DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
343          CALL surface_coupler
344          time_coupling = time_coupling - dt_coupling
345       ENDDO
346       IF (time_coupling == 0.0_wp .AND. time_since_reference_point < dt_coupling)&
347       THEN
348          time_coupling = time_since_reference_point
349       ENDIF
350    ENDIF
351
352#if defined( __dvrp_graphics )
353!
354!-- Time measurement with dvrp software 
355    CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
356#endif
357
358    CALL location_message( 'start with time-stepping', .TRUE. )
359!
360!-- Start of the time loop
361    DO  WHILE ( simulated_time < end_time  .AND.  .NOT. stop_dt  .AND. &
362                .NOT. terminate_run )
363
364       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'start' )
365
366!
367!--    Determine size of next time step
368       IF ( simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
369          CALL timestep
370
371          IF ( nested_run )  THEN
372!
373!--          TO_DO: try to give more detailed and meaningful comments here
374!--          Server side must be called first
375             CALL pmci_server_synchronize
376             CALL pmci_client_synchronize
377          ENDIF
378       ENDIF
379
380
381!
382!--    Determine ug, vg and w_subs in dependence on data from external file
383!--    LSF_DATA
384       IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_vert )  THEN
385           CALL ls_forcing_vert ( simulated_time )
386           sums_ls_l = 0.0_wp
387       ENDIF
388
389!
390!--    Set pt_init and q_init to the current profiles taken from
391!--    NUDGING_DATA
392       IF ( nudging )  THEN
393           CALL nudge_ref ( simulated_time )
394!
395!--        Store temperature gradient at the top boundary for possible Neumann
396!--        boundary condition
397           bc_pt_t_val = ( pt_init(nzt+1) - pt_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
398           bc_q_t_val  = ( q_init(nzt+1) - q_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
399       ENDIF
400
401!
402!--    Execute the user-defined actions
403       CALL user_actions( 'before_timestep' )
404
405!
406!--    Start of intermediate step loop
407       intermediate_timestep_count = 0
408       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < &
409                   intermediate_timestep_count_max )
410
411          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
412
413!
414!--       Set the steering factors for the prognostic equations which depend
415!--       on the timestep scheme
416          CALL timestep_scheme_steering
417
418!
419!--       Calculate those variables needed in the tendency terms which need
420!--       global communication
421          IF ( .NOT. use_single_reference_value  .AND. &
422               .NOT. use_initial_profile_as_reference )  THEN
423!
424!--          Horizontally averaged profiles to be used as reference state in
425!--          buoyancy terms (WARNING: only the respective last call of
426!--          calc_mean_profile defines the reference state!)
427             IF ( .NOT. neutral )  THEN
428                CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
429                ref_state(:)  = hom(:,1,4,0) ! this is used in the buoyancy term
430             ENDIF
431             IF ( ocean )  THEN
432                CALL calc_mean_profile( rho, 64 )
433                ref_state(:)  = hom(:,1,64,0)
434             ENDIF
435             IF ( humidity )  THEN
436                CALL calc_mean_profile( vpt, 44 )
437                ref_state(:)  = hom(:,1,44,0)
438             ENDIF
439
440          ENDIF
441
442          IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL production_e_init
443          IF ( ( ws_scheme_mom .OR. ws_scheme_sca )  .AND.  &
444               intermediate_timestep_count == 1 )  CALL ws_statistics
445!
446!--       In case of nudging calculate current nudging time scale and horizontal
447!--       means of u, v, pt and q
448          IF ( nudging )  THEN
449             CALL calc_tnudge( simulated_time )
450             CALL calc_mean_profile( u, 1 )
451             CALL calc_mean_profile( v, 2 )
452             CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
453             CALL calc_mean_profile( q, 41 )
454          ENDIF
455
456!
457!--       Solve the prognostic equations. A fast cache optimized version with
458!--       only one single loop is used in case of Piascek-Williams advection
459!--       scheme. NEC vector machines use a different version, because
460!--       in the other versions a good vectorization is prohibited due to
461!--       inlining problems.
462          IF ( loop_optimization == 'cache' )  THEN
463             CALL prognostic_equations_cache
464          ELSEIF ( loop_optimization == 'vector' )  THEN
465             CALL prognostic_equations_vector
466          ELSEIF ( loop_optimization == 'acc' )  THEN
467             i_left  = nxl;         i_right = nxr
468             j_south = nys;         j_north = nyn
469             CALL prognostic_equations_acc
470
471!             i_left  = nxl;         i_right = nxl+nbgp-1
472!             j_south = nys;         j_north = nyn
473!             CALL prognostic_equations_acc
474!             i_left  = nxr-nbgp+1;  i_right = nxr
475!             j_south = nys;         j_north = nyn
476!             CALL prognostic_equations_acc
477
478!
479!--          Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
480             IF ( background_communication )  THEN
481
482                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
483               
484                send_receive = 'lr'
485                sendrecv_in_background = .TRUE.
486                req          = 0
487                req_count    = 0
488
489                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
490                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
491                ELSE                          ! of ghost point exchange
492                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
493                ENDIF
494
495                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
496                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
497                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
498                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
499                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
500                IF ( ocean )  THEN
501                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
502                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
503                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
504                ENDIF
505                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
506                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
507                   IF ( cloud_physics .AND. microphysics_seifert )  THEN
508                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
509                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
510                   ENDIF
511                ENDIF
512                IF ( cloud_droplets )  THEN
513                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
514                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
515                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
516                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
517                ENDIF
518                IF ( wang_kernel  .OR.  collision_turbulence  .OR.             &
519                     use_sgs_for_particles )  THEN
520                   CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
521                ENDIF
522
523                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
524                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
525                ELSE                          ! of ghost point exchange
526                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
527                ENDIF
528
529                sendrecv_in_background = .FALSE.
530
531                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'pause' )
532
533             ENDIF
534
535!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
536!             j_south = nys;         j_north = nys+nbgp-1
537!             CALL prognostic_equations_acc
538!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
539!             j_south = nyn-nbgp+1;  j_north = nyn
540!             CALL prognostic_equations_acc
541
542             IF ( background_communication )  THEN
543                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'start' )
544#if defined( __parallel )
545                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
546#endif
547                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'pause' )
548
549                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'continue' )
550
551                send_receive = 'ns'
552                sendrecv_in_background = .TRUE.
553                req          = 0
554                req_count    = 0
555
556                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
557                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
558                ELSE                          ! of ghost point exchange
559                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
560                ENDIF
561
562                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
563                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
564                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
565                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
566                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
567                IF ( ocean )  THEN
568                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
569                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
570                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
571                ENDIF
572                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
573                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
574                   IF ( cloud_physics .AND. microphysics_seifert )  THEN
575                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
576                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
577                   ENDIF
578                ENDIF
579                IF ( cloud_droplets )  THEN
580                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
581                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
582                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
583                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
584                ENDIF
585                IF ( wang_kernel  .OR.  collision_turbulence  .OR.             &
586                     use_sgs_for_particles )  THEN
587                   CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
588                ENDIF
589
590                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
591                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
592                ELSE                          ! of ghost point exchange
593                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
594                ENDIF
595
596                sendrecv_in_background = .FALSE.
597
598                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
599
600             ENDIF
601
602!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
603!             j_south = nys+nbgp;    j_north = nyn-nbgp
604!             CALL prognostic_equations_acc
605
606             IF ( background_communication )  THEN
607                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'continue' )
608#if defined( __parallel )
609                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
610#endif
611                send_receive = 'al'
612                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'stop' )
613             ENDIF
614
615          ENDIF
616
617!
618!--       Particle transport/physics with the Lagrangian particle model
619!--       (only once during intermediate steps, because it uses an Euler-step)
620!--       ### particle model should be moved before prognostic_equations, in order
621!--       to regard droplet interactions directly
622          IF ( particle_advection  .AND.                         &
623               simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
624               intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
625             CALL lpm
626             first_call_lpm = .FALSE.
627          ENDIF
628
629!
630!--       Interaction of droplets with temperature and specific humidity.
631!--       Droplet condensation and evaporation is calculated within
632!--       advec_particles.
633          IF ( cloud_droplets  .AND.  &
634               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
635          THEN
636             CALL interaction_droplets_ptq
637          ENDIF
638
639!
640!--       Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
641          IF ( .NOT. background_communication )  THEN
642
643             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
644
645             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
646                on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
647             ELSE                          ! of ghost point exchange
648                !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
649             ENDIF
650
651             CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
652             CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
653             CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
654             CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
655             IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
656             IF ( ocean )  THEN
657                CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
658                CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
659                CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
660             ENDIF
661             IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
662                CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
663                IF ( cloud_physics .AND. microphysics_seifert )  THEN
664                   CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
665                   CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
666                ENDIF
667             ENDIF
668             IF ( cloud_droplets )  THEN
669                CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
670                CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
671                CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
672                CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
673             ENDIF
674             IF ( wang_kernel  .OR.  collision_turbulence  .OR.                &
675                  use_sgs_for_particles )  THEN
676                CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
677             ENDIF
678
679             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
680                on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
681             ELSE                          ! of ghost point exchange
682                !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
683             ENDIF
684
685             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
686
687          ENDIF
688
689!
690!--       Boundary conditions for the prognostic quantities (except of the
691!--       velocities at the outflow in case of a non-cyclic lateral wall)
692          CALL boundary_conds
693
694!
695!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
696          CALL swap_timelevel
697
698          IF ( nested_run )  THEN
699
700             CALL cpu_log( log_point(60), 'nesting', 'start' )
701!
702!--          Domain nesting. The data transfer subroutines pmci_server_datatrans
703!--          and pmci_client_datatatrans are called inside the wrapper
704!--          subroutine pmci_datatrans according to the control parameters
705!--          nesting_mode and nesting_datatransfer_mode.
706!--          TO_DO: why is nesting_mode given as a parameter here?
707             CALL pmci_datatrans( nesting_mode )
708
709             IF ( nesting_mode == 'two-way' )  THEN
710!
711!--             Exchange_horiz is needed for all server-domains after the
712!--             anterpolation
713                CALL exchange_horiz( u, nbgp )
714                CALL exchange_horiz( v, nbgp )
715                CALL exchange_horiz( w, nbgp )
716                CALL exchange_horiz( pt, nbgp )
717                IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
718                   CALL exchange_horiz( q, nbgp )
719                ENDIF
720                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e, nbgp )
721             ENDIF
722!
723!--          Correct the w top-BC in nest domains to ensure mass conservation.
724!--          This action must never be done for the root domain.
725             IF ( nest_domain )  THEN
726                CALL pmci_ensure_nest_mass_conservation
727             ENDIF
728
729             CALL cpu_log( log_point(60), 'nesting', 'stop' )
730
731          ENDIF
732
733!
734!--       Temperature offset must be imposed at cyclic boundaries in x-direction
735!--       when a sloping surface is used
736          IF ( sloping_surface )  THEN
737             IF ( nxl ==  0 )  pt(:,:,nxlg:nxl-1) = pt(:,:,nxlg:nxl-1) - &
738                                                    pt_slope_offset
739             IF ( nxr == nx )  pt(:,:,nxr+1:nxrg) = pt(:,:,nxr+1:nxrg) + &
740                                                    pt_slope_offset
741          ENDIF
742
743!
744!--       Impose a turbulent inflow using the recycling method
745          IF ( turbulent_inflow )  CALL  inflow_turbulence
746
747!
748!--       Impose a random perturbation on the horizontal velocity field
749          IF ( create_disturbances  .AND.                                      &
750               ( call_psolver_at_all_substeps  .AND.                           &
751               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
752          .OR. ( .NOT. call_psolver_at_all_substeps  .AND.                     &
753               intermediate_timestep_count == 1 ) )                            &
754          THEN
755             time_disturb = time_disturb + dt_3d
756             IF ( time_disturb >= dt_disturb )  THEN
757                !$acc update host( u, v )
758                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .FALSE.  ! workaround, remove later
759                IF ( disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND.                 &
760                     hom(nzb+5,1,pr_palm,0) < disturbance_energy_limit )  THEN
761                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
762                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
763                ELSEIF ( .NOT. bc_lr_cyc  .OR.  .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
764!
765!--                Runs with a non-cyclic lateral wall need perturbations
766!--                near the inflow throughout the whole simulation
767                   dist_range = 1
768                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
769                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
770                   dist_range = 0
771                ENDIF
772                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .TRUE.  ! workaround, remove later
773                !$acc update device( u, v )
774                time_disturb = time_disturb - dt_disturb
775             ENDIF
776          ENDIF
777
778!
779!--       Reduce the velocity divergence via the equation for perturbation
780!--       pressure.
781          IF ( intermediate_timestep_count == 1  .OR. &
782                call_psolver_at_all_substeps )  THEN
783             CALL pres
784          ENDIF
785
786!
787!--       If required, compute liquid water content
788          IF ( cloud_physics )  THEN
789             CALL calc_liquid_water_content
790             !$acc update device( ql )
791          ENDIF
792!
793!--       If required, compute virtual potential temperature
794          IF ( humidity )  THEN
795             CALL compute_vpt 
796             !$acc update device( vpt )
797          ENDIF 
798
799!
800!--       Compute the diffusion quantities
801          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
802
803!
804!--          Determine surface fluxes shf and qsws and surface values
805!--          pt_surface and q_surface in dependence on data from external
806!--          file LSF_DATA respectively
807             IF ( ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) .AND. &
808                 intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
809             THEN
810                CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
811             ENDIF
812
813!
814!--          First the vertical fluxes in the surface (constant flux) layer are computed
815             IF ( constant_flux_layer )  THEN
816                CALL cpu_log( log_point(19), 'surface_layer_fluxes', 'start' )
817                CALL surface_layer_fluxes
818                CALL cpu_log( log_point(19), 'surface_layer_fluxes', 'stop' )
819             ENDIF
820
821!
822!--          If required, solve the energy balance for the surface and run soil
823!--          model
824             IF ( land_surface .AND. simulated_time > skip_time_do_lsm)  THEN
825
826                CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'start' )
827                CALL lsm_energy_balance
828                CALL lsm_soil_model
829                CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'stop' )
830             ENDIF
831!
832!--          Compute the diffusion coefficients
833             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'start' )
834             IF ( .NOT. humidity ) THEN
835                IF ( ocean )  THEN
836                   CALL diffusivities( prho, prho_reference )
837                ELSE
838                   CALL diffusivities( pt, pt_reference )
839                ENDIF
840             ELSE
841                CALL diffusivities( vpt, pt_reference )
842             ENDIF
843             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'stop' )
844
845          ENDIF
846
847!
848!--       If required, calculate radiative fluxes and heating rates
849          IF ( radiation .AND. intermediate_timestep_count                     &
850               == intermediate_timestep_count_max .AND. simulated_time >    &
851               skip_time_do_radiation )  THEN
852
853               time_radiation = time_radiation + dt_3d
854
855             IF ( time_radiation >= dt_radiation .OR. force_radiation_call )   &
856             THEN
857
858                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'start' )
859
860                IF ( .NOT. force_radiation_call )  THEN
861                   time_radiation = time_radiation - dt_radiation
862                ENDIF
863
864                IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
865                   CALL radiation_clearsky
866                ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
867                   CALL radiation_rrtmg
868                ELSE
869                   CALL radiation_constant
870                ENDIF
871
872                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'stop' )
873             ENDIF
874          ENDIF
875
876       ENDDO   ! Intermediate step loop
877
878!
879!--    Increase simulation time and output times
880       nr_timesteps_this_run      = nr_timesteps_this_run + 1
881       current_timestep_number    = current_timestep_number + 1
882       simulated_time             = simulated_time   + dt_3d
883       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time )
884       time_since_reference_point = simulated_time - coupling_start_time
885
886       IF ( simulated_time >= skip_time_data_output_av )  THEN
887          time_do_av         = time_do_av       + dt_3d
888       ENDIF
889       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xy )  THEN
890          time_do2d_xy       = time_do2d_xy     + dt_3d
891       ENDIF
892       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xz )  THEN
893          time_do2d_xz       = time_do2d_xz     + dt_3d
894       ENDIF
895       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_yz )  THEN
896          time_do2d_yz       = time_do2d_yz     + dt_3d
897       ENDIF
898       IF ( simulated_time >= skip_time_do3d    )  THEN
899          time_do3d          = time_do3d        + dt_3d
900       ENDIF
901       DO  mid = 1, masks
902          IF ( simulated_time >= skip_time_domask(mid) )  THEN
903             time_domask(mid)= time_domask(mid) + dt_3d
904          ENDIF
905       ENDDO
906       time_dvrp          = time_dvrp        + dt_3d
907       IF ( simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
908          time_dosp       = time_dosp        + dt_3d
909       ENDIF
910       time_dots          = time_dots        + dt_3d
911       IF ( .NOT. first_call_lpm )  THEN
912          time_dopts      = time_dopts       + dt_3d
913       ENDIF
914       IF ( simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
915          time_dopr       = time_dopr        + dt_3d
916       ENDIF
917       time_dopr_listing          = time_dopr_listing        + dt_3d
918       time_run_control   = time_run_control + dt_3d
919
920!
921!--    Data exchange between coupled models
922       IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
923          time_coupling = time_coupling + dt_3d
924
925!
926!--       In case of model termination initiated by the local model
927!--       (terminate_coupled > 0), the coupler must be skipped because it would
928!--       cause an MPI intercomminucation hang.
929!--       If necessary, the coupler will be called at the beginning of the
930!--       next restart run.
931          DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
932             CALL surface_coupler
933             time_coupling = time_coupling - dt_coupling
934          ENDDO
935       ENDIF
936
937!
938!--    Execute user-defined actions
939       CALL user_actions( 'after_integration' )
940
941!
942!--    If Galilei transformation is used, determine the distance that the
943!--    model has moved so far
944       IF ( galilei_transformation )  THEN
945          advected_distance_x = advected_distance_x + u_gtrans * dt_3d
946          advected_distance_y = advected_distance_y + v_gtrans * dt_3d
947       ENDIF
948
949!
950!--    Check, if restart is necessary (because cpu-time is expiring or
951!--    because it is forced by user) and set stop flag
952!--    This call is skipped if the remote model has already initiated a restart.
953       IF ( .NOT. terminate_run )  CALL check_for_restart
954
955!
956!--    Carry out statistical analysis and output at the requested output times.
957!--    The MOD function is used for calculating the output time counters (like
958!--    time_dopr) in order to regard a possible decrease of the output time
959!--    interval in case of restart runs
960
961!
962!--    Set a flag indicating that so far no statistics have been created
963!--    for this time step
964       flow_statistics_called = .FALSE.
965
966!
967!--    If required, call flow_statistics for averaging in time
968       IF ( averaging_interval_pr /= 0.0_wp  .AND.  &
969            ( dt_dopr - time_dopr ) <= averaging_interval_pr  .AND.  &
970            simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
971          time_dopr_av = time_dopr_av + dt_3d
972          IF ( time_dopr_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
973             do_sum = .TRUE.
974             time_dopr_av = MOD( time_dopr_av, &
975                                    MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
976          ENDIF
977       ENDIF
978       IF ( do_sum )  CALL flow_statistics
979
980!
981!--    Sum-up 3d-arrays for later output of time-averaged 2d/3d/masked data
982       IF ( averaging_interval /= 0.0_wp  .AND.                                &
983            ( dt_data_output_av - time_do_av ) <= averaging_interval  .AND. &
984            simulated_time >= skip_time_data_output_av )                    &
985       THEN
986          time_do_sla = time_do_sla + dt_3d
987          IF ( time_do_sla >= dt_averaging_input )  THEN
988             CALL sum_up_3d_data
989             average_count_3d = average_count_3d + 1
990             time_do_sla = MOD( time_do_sla, MAX( dt_averaging_input, dt_3d ) )
991          ENDIF
992       ENDIF
993
994!
995!--    Calculate spectra for time averaging
996       IF ( averaging_interval_sp /= 0.0_wp  .AND.  &
997            ( dt_dosp - time_dosp ) <= averaging_interval_sp  .AND.  &
998            simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
999          time_dosp_av = time_dosp_av + dt_3d
1000          IF ( time_dosp_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
1001             CALL calc_spectra
1002             time_dosp_av = MOD( time_dosp_av, &
1003                                 MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
1004          ENDIF
1005       ENDIF
1006
1007!
1008!--    Computation and output of run control parameters.
1009!--    This is also done whenever perturbations have been imposed
1010       IF ( time_run_control >= dt_run_control  .OR.                     &
1011            timestep_scheme(1:5) /= 'runge'  .OR.  disturbance_created ) &
1012       THEN
1013          CALL run_control
1014          IF ( time_run_control >= dt_run_control )  THEN
1015             time_run_control = MOD( time_run_control, &
1016                                     MAX( dt_run_control, dt_3d ) )
1017          ENDIF
1018       ENDIF
1019
1020!
1021!--    Profile output (ASCII) on file
1022       IF ( time_dopr_listing >= dt_dopr_listing )  THEN
1023          CALL print_1d
1024          time_dopr_listing = MOD( time_dopr_listing, MAX( dt_dopr_listing, &
1025                                                           dt_3d ) )
1026       ENDIF
1027
1028!
1029!--    Graphic output for PROFIL
1030       IF ( time_dopr >= dt_dopr )  THEN
1031          IF ( dopr_n /= 0 )  CALL data_output_profiles
1032          time_dopr = MOD( time_dopr, MAX( dt_dopr, dt_3d ) )
1033          time_dopr_av = 0.0_wp    ! due to averaging (see above)
1034       ENDIF
1035
1036!
1037!--    Graphic output for time series
1038       IF ( time_dots >= dt_dots )  THEN
1039          CALL data_output_tseries
1040          time_dots = MOD( time_dots, MAX( dt_dots, dt_3d ) )
1041       ENDIF
1042
1043!
1044!--    Output of spectra (formatted for use with PROFIL), in case of no
1045!--    time averaging, spectra has to be calculated before
1046       IF ( time_dosp >= dt_dosp )  THEN
1047          IF ( average_count_sp == 0 )  CALL calc_spectra
1048          CALL data_output_spectra
1049          time_dosp = MOD( time_dosp, MAX( dt_dosp, dt_3d ) )
1050       ENDIF
1051
1052!
1053!--    2d-data output (cross-sections)
1054       IF ( time_do2d_xy >= dt_do2d_xy )  THEN
1055          CALL data_output_2d( 'xy', 0 )
1056          time_do2d_xy = MOD( time_do2d_xy, MAX( dt_do2d_xy, dt_3d ) )
1057       ENDIF
1058       IF ( time_do2d_xz >= dt_do2d_xz )  THEN
1059          CALL data_output_2d( 'xz', 0 )
1060          time_do2d_xz = MOD( time_do2d_xz, MAX( dt_do2d_xz, dt_3d ) )
1061       ENDIF
1062       IF ( time_do2d_yz >= dt_do2d_yz )  THEN
1063          CALL data_output_2d( 'yz', 0 )
1064          time_do2d_yz = MOD( time_do2d_yz, MAX( dt_do2d_yz, dt_3d ) )
1065       ENDIF
1066
1067!
1068!--    3d-data output (volume data)
1069       IF ( time_do3d >= dt_do3d )  THEN
1070          CALL data_output_3d( 0 )
1071          time_do3d = MOD( time_do3d, MAX( dt_do3d, dt_3d ) )
1072       ENDIF
1073
1074!
1075!--    Masked data output
1076       DO  mid = 1, masks
1077          IF ( time_domask(mid) >= dt_domask(mid) )  THEN
1078             CALL data_output_mask( 0 )
1079             time_domask(mid) = MOD( time_domask(mid),  &
1080                                     MAX( dt_domask(mid), dt_3d ) )
1081          ENDIF
1082       ENDDO
1083
1084!
1085!--    Output of time-averaged 2d/3d/masked data
1086       IF ( time_do_av >= dt_data_output_av )  THEN
1087          CALL average_3d_data
1088          CALL data_output_2d( 'xy', 1 )
1089          CALL data_output_2d( 'xz', 1 )
1090          CALL data_output_2d( 'yz', 1 )
1091          CALL data_output_3d( 1 )
1092          DO  mid = 1, masks
1093             CALL data_output_mask( 1 )
1094          ENDDO
1095          time_do_av = MOD( time_do_av, MAX( dt_data_output_av, dt_3d ) )
1096       ENDIF
1097
1098!
1099!--    Output of particle time series
1100       IF ( particle_advection )  THEN
1101          IF ( time_dopts >= dt_dopts  .OR. &
1102               ( simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
1103                 first_call_lpm ) )  THEN
1104             CALL data_output_ptseries
1105             time_dopts = MOD( time_dopts, MAX( dt_dopts, dt_3d ) )
1106          ENDIF
1107       ENDIF
1108
1109!
1110!--    Output of dvrp-graphics (isosurface, particles, slicer)
1111#if defined( __dvrp_graphics )
1112       CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number-1 )
1113#endif
1114       IF ( time_dvrp >= dt_dvrp )  THEN
1115          CALL data_output_dvrp
1116          time_dvrp = MOD( time_dvrp, MAX( dt_dvrp, dt_3d ) )
1117       ENDIF
1118#if defined( __dvrp_graphics )
1119       CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
1120#endif
1121
1122!
1123!--    If required, set the heat flux for the next time step at a random value
1124       IF ( constant_heatflux  .AND.  random_heatflux )  CALL disturb_heatflux
1125
1126!
1127!--    Execute user-defined actions
1128       CALL user_actions( 'after_timestep' )
1129
1130!
1131!--    Output elapsed simulated time in form of a progress bar on stdout
1132       IF ( myid == 0 )  CALL output_progress_bar
1133
1134       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'stop' )
1135
1136
1137    ENDDO   ! time loop
1138
1139    IF ( myid == 0 )  CALL finish_progress_bar
1140
1141#if defined( __dvrp_graphics )
1142    CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number )
1143#endif
1144
1145    CALL location_message( 'finished time-stepping', .TRUE. )
1146
1147 END SUBROUTINE time_integration
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.