source: palm/trunk/SOURCE/time_integration.f90 @ 1385

Last change on this file since 1385 was 1385, checked in by raasch, 7 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 37.4 KB
Line 
1 SUBROUTINE time_integration
2
3!--------------------------------------------------------------------------------!
4! This file is part of PALM.
5!
6! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
7! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
8! either version 3 of the License, or (at your option) any later 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 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
18!--------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: time_integration.f90 1385 2014-05-02 14:39:33Z raasch $
27!
28! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
29! location messages added
30!
31! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
32! CALL of nudge_ref added
33! bc_pt_t_val and bc_q_t_val are updated in case nudging is used
34!
35! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
36! Reset sums_ls_l to zero at each timestep
37! +sums_ls_l
38! Calculation of reference state (previously in subroutine calc_mean_profile)
39
40! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
41! REAL constants defined as wp-kind
42!
43! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
44! ONLY-attribute added to USE-statements,
45! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
46! kinds are defined in new module kinds,
47! old module precision_kind is removed,
48! revision history before 2012 removed,
49! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
50! all variable declaration statements
51! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
52! module interfaces removed
53!
54! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
55! +netcdf_data_format_save
56! For masked data, parallel netcdf output is not tested so far, hence
57! netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
58!
59! 1276 2014-01-15 13:40:41Z heinze
60! Use LSF_DATA also in case of Dirichlet bottom boundary condition for scalars
61!
62! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
63! acc-update-host directive for timestep removed
64!
65! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
66! Generalize calc_mean_profile for wider use
67! Determine shf and qsws in dependence on data from LSF_DATA
68! Determine ug and vg in dependence on data from LSF_DATA
69! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
70! host update of arrays before timestep is called
71!
72! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
73! mean profiles for reference state are only calculated if required,
74! small bugfix for background communication
75!
76! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
77! split of prognostic_equations deactivated (comment lines), for the time being
78!
79! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
80! asynchronous transfer of ghost point data realized for acc-optimized version:
81! prognostic_equations are first called two times for those points required for
82! the left-right and north-south exchange, respectively, and then for the
83! remaining points,
84! those parts requiring global communication moved from prognostic_equations to
85! here
86!
87! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
88! calculation of qr and nr is restricted to precipitation
89!
90! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
91! GPU-porting of boundary conditions,
92! openACC directives updated
93! formal parameter removed from routine boundary_conds
94!
95! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
96! +internal timestep counter for cpu statistics added,
97! openACC directives updated
98!
99! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
100! unused variables removed
101!
102! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
103! exchange of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
104!
105! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
106! exchange of ghost points for nr, qr added
107!
108! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
109! code put under GPL (PALM 3.9)
110!
111! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
112! non-optimized version of prognostic_equations removed
113!
114! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
115! +call of prognostic_equations_acc
116!
117! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
118! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
119!
120! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
121! advec_particles renamed lpm, first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
122!
123! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
124! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
125!
126! Revision 1.1  1997/08/11 06:19:04  raasch
127! Initial revision
128!
129!
130! Description:
131! ------------
132! Integration in time of the model equations, statistical analysis and graphic
133! output
134!------------------------------------------------------------------------------!
135
136    USE advec_ws,                                                              &
137        ONLY:  ws_statistics
138
139    USE arrays_3d,                                                             &
140        ONLY:  diss, dzu, e_p, nr_p, prho, pt, pt_p, pt_init, q_init, q, ql,   &
141               ql_c, ql_v, ql_vp, qr_p, q_p, ref_state, rho, sa_p, tend, u,    &
142               u_p, v, vpt, v_p, w_p
143
144    USE calc_mean_profile_mod,                                                 &
145        ONLY:  calc_mean_profile
146
147    USE control_parameters,                                                    &
148        ONLY:  advected_distance_x, advected_distance_y, average_count_3d,     &
149               average_count_sp, averaging_interval, averaging_interval_pr,    &
150               averaging_interval_sp, bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_pt_t_val,       &
151               bc_q_t_val, call_psolver_at_all_substeps, cloud_droplets,       &
152               cloud_physics, constant_heatflux, create_disturbances, dopr_n,  &
153               constant_diffusion, coupling_mode, coupling_start_time,         &
154               current_timestep_number, disturbance_created,                   &
155               disturbance_energy_limit, dist_range, do_sum, dt_3d,            &
156               dt_averaging_input, dt_averaging_input_pr, dt_coupling,         &
157               dt_data_output_av, dt_disturb, dt_do2d_xy, dt_do2d_xz,          &
158               dt_do2d_yz, dt_do3d, dt_domask,dt_dopts, dt_dopr,               &
159               dt_dopr_listing, dt_dosp, dt_dots, dt_dvrp, dt_run_control,     &
160               end_time, first_call_lpm, galilei_transformation, humidity,     &
161               icloud_scheme, intermediate_timestep_count,                     &
162               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
163               loop_optimization, lsf_surf, lsf_vert, masks, mid,              &
164               netcdf_data_format, neutral, nr_timesteps_this_run, nudging,    &
165               ocean, on_device, passive_scalar, prandtl_layer, precipitation, &
166               prho_reference, pt_reference, pt_slope_offset, random_heatflux, &
167               run_coupled, simulated_time, simulated_time_chr,                &
168               skip_time_do2d_xy, skip_time_do2d_xz, skip_time_do2d_yz,        &
169               skip_time_do3d, skip_time_domask, skip_time_dopr,               &
170               skip_time_dosp, skip_time_data_output_av, sloping_surface,      &
171               stop_dt, terminate_coupled, terminate_run, timestep_scheme,     &
172               time_coupling, time_do2d_xy, time_do2d_xz, time_do2d_yz,        &
173               time_do3d, time_domask, time_dopr, time_dopr_av,                &
174               time_dopr_listing, time_dopts, time_dosp, time_dosp_av,         &
175               time_dots, time_do_av, time_do_sla, time_disturb, time_dvrp,    &
176               time_run_control, time_since_reference_point, turbulence,       &
177               turbulent_inflow, use_initial_profile_as_reference,             &
178               use_single_reference_value, u_gtrans, v_gtrans, ws_scheme_mom,  &
179               ws_scheme_sca
180
181    USE cpulog,                                                                &
182        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
183
184    USE indices,                                                               &
185        ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr,    &
186               nxrg, nyn, nys, nzb, nzt, nzb_u_inner, nzb_v_inner
187
188    USE interaction_droplets_ptq_mod,                                          &
189        ONLY:  interaction_droplets_ptq
190
191    USE kinds
192
193    USE ls_forcing_mod,                                                        &
194        ONLY:  ls_forcing_surf, ls_forcing_vert
195
196    USE nudge_mod,                                                             &
197        ONLY:  calc_tnudge, nudge_ref
198
199    USE particle_attributes,                                                   &
200        ONLY:  particle_advection, particle_advection_start, wang_kernel
201
202    USE pegrid
203
204    USE production_e_mod,                                                      &
205        ONLY:  production_e_init
206
207    USE prognostic_equations_mod,                                              &
208        ONLY:  prognostic_equations_acc, prognostic_equations_cache,           &
209               prognostic_equations_vector
210
211    USE statistics,                                                            &
212        ONLY:  flow_statistics_called, hom, pr_palm, sums_ls_l
213
214    USE user_actions_mod,                                                      &
215        ONLY:  user_actions
216
217    IMPLICIT NONE
218
219    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string          !:
220
221    INTEGER(iwp)      ::  netcdf_data_format_save !:
222
223!
224!-- At the beginning of a simulation determine the time step as well as
225!-- determine and print out the run control parameters
226    IF ( simulated_time == 0.0_wp )  CALL timestep
227
228    CALL run_control
229
230
231!
232!-- Data exchange between coupled models in case that a call has been omitted
233!-- at the end of the previous run of a job chain.
234    IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
235!
236!--    In case of model termination initiated by the local model the coupler
237!--    must not be called because this would again cause an MPI hang.
238       DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
239          CALL surface_coupler
240          time_coupling = time_coupling - dt_coupling
241       ENDDO
242       IF (time_coupling == 0.0_wp .AND. time_since_reference_point < dt_coupling)&
243       THEN
244          time_coupling = time_since_reference_point
245       ENDIF
246    ENDIF
247
248
249#if defined( __dvrp_graphics )
250!
251!-- Time measurement with dvrp software 
252    CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
253#endif
254
255    CALL location_message( 'beginning with time-stepping' )
256!
257!-- Start of the time loop
258    DO  WHILE ( simulated_time < end_time  .AND.  .NOT. stop_dt  .AND. &
259                .NOT. terminate_run )
260
261       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'start' )
262
263!
264!--    Determine size of next time step
265       IF ( simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
266          CALL timestep
267       ENDIF
268
269!
270!--    Determine ug, vg and w_subs in dependence on data from external file
271!--    LSF_DATA
272       IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_vert )  THEN
273           CALL ls_forcing_vert ( simulated_time )
274           sums_ls_l = 0.0_wp
275       ENDIF
276
277!
278!--    Set pt_init and q_init to the current profiles taken from
279!--    NUDGING_DATA
280       IF ( nudging )  THEN
281           CALL nudge_ref ( simulated_time )
282!
283!--        Store temperature gradient at the top boundary for possible Neumann
284!--        boundary condition
285           bc_pt_t_val = ( pt_init(nzt+1) - pt_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
286           bc_q_t_val  = ( q_init(nzt+1) - q_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
287       ENDIF
288
289!
290!--    Execute the user-defined actions
291       CALL user_actions( 'before_timestep' )
292
293!
294!--    Start of intermediate step loop
295       intermediate_timestep_count = 0
296       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < &
297                   intermediate_timestep_count_max )
298
299          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
300
301!
302!--       Set the steering factors for the prognostic equations which depend
303!--       on the timestep scheme
304          CALL timestep_scheme_steering
305
306!
307!--       Calculate those variables needed in the tendency terms which need
308!--       global communication
309          IF ( .NOT. use_single_reference_value  .AND. &
310               .NOT. use_initial_profile_as_reference )  THEN
311!
312!--          Horizontally averaged profiles to be used as reference state in
313!--          buoyancy terms (WARNING: only the respective last call of
314!--          calc_mean_profile defines the reference state!)
315             IF ( .NOT. neutral )  THEN
316                CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
317                ref_state(:)  = hom(:,1,4,0) ! this is used in the buoyancy term
318             ENDIF
319             IF ( ocean )  THEN
320                CALL calc_mean_profile( rho, 64 )
321                ref_state(:)  = hom(:,1,64,0)
322             ENDIF
323             IF ( humidity )  THEN
324                CALL calc_mean_profile( vpt, 44 )
325                ref_state(:)  = hom(:,1,44,0)
326             ENDIF
327
328          ENDIF
329
330          IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL production_e_init
331          IF ( ( ws_scheme_mom .OR. ws_scheme_sca )  .AND.  &
332               intermediate_timestep_count == 1 )  CALL ws_statistics
333!
334!--       In case of nudging calculate current nudging time scale and horizontal
335!--       means of u, v, pt and q
336          IF ( nudging )  THEN
337             CALL calc_tnudge( simulated_time )
338             CALL calc_mean_profile( u, 1 )
339             CALL calc_mean_profile( v, 2 )
340             CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
341             CALL calc_mean_profile( q, 41 )
342          ENDIF
343
344!
345!--       Solve the prognostic equations. A fast cache optimized version with
346!--       only one single loop is used in case of Piascek-Williams advection
347!--       scheme. NEC vector machines use a different version, because
348!--       in the other versions a good vectorization is prohibited due to
349!--       inlining problems.
350          IF ( loop_optimization == 'cache' )  THEN
351             CALL prognostic_equations_cache
352          ELSEIF ( loop_optimization == 'vector' )  THEN
353             CALL prognostic_equations_vector
354          ELSEIF ( loop_optimization == 'acc' )  THEN
355             i_left  = nxl;         i_right = nxr
356             j_south = nys;         j_north = nyn
357             CALL prognostic_equations_acc
358
359!             i_left  = nxl;         i_right = nxl+nbgp-1
360!             j_south = nys;         j_north = nyn
361!             CALL prognostic_equations_acc
362!             i_left  = nxr-nbgp+1;  i_right = nxr
363!             j_south = nys;         j_north = nyn
364!             CALL prognostic_equations_acc
365
366!
367!--          Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
368             IF ( background_communication )  THEN
369
370                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
371               
372                send_receive = 'lr'
373                sendrecv_in_background = .TRUE.
374                req          = 0
375                req_count    = 0
376
377                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
378                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
379                ELSE                          ! of ghost point exchange
380                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
381                ENDIF
382
383                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
384                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
385                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
386                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
387                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
388                IF ( ocean )  THEN
389                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
390                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
391                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
392                ENDIF
393                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
394                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
395                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
396                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
397                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
398                   ENDIF
399                ENDIF
400                IF ( cloud_droplets )  THEN
401                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
402                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
403                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
404                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
405                ENDIF
406                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
407
408                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
409                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
410                ELSE                          ! of ghost point exchange
411                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
412                ENDIF
413
414                sendrecv_in_background = .FALSE.
415
416                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'pause' )
417
418             ENDIF
419
420!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
421!             j_south = nys;         j_north = nys+nbgp-1
422!             CALL prognostic_equations_acc
423!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
424!             j_south = nyn-nbgp+1;  j_north = nyn
425!             CALL prognostic_equations_acc
426
427             IF ( background_communication )  THEN
428                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'start' )
429#if defined( __parallel )
430                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
431#endif
432                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'pause' )
433
434                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'continue' )
435
436                send_receive = 'ns'
437                sendrecv_in_background = .TRUE.
438                req          = 0
439                req_count    = 0
440
441                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
442                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
443                ELSE                          ! of ghost point exchange
444                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
445                ENDIF
446
447                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
448                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
449                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
450                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
451                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
452                IF ( ocean )  THEN
453                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
454                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
455                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
456                ENDIF
457                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
458                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
459                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
460                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
461                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
462                   ENDIF
463                ENDIF
464                IF ( cloud_droplets )  THEN
465                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
466                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
467                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
468                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
469                ENDIF
470                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
471
472                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
473                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
474                ELSE                          ! of ghost point exchange
475                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
476                ENDIF
477
478                sendrecv_in_background = .FALSE.
479
480                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
481
482             ENDIF
483
484!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
485!             j_south = nys+nbgp;    j_north = nyn-nbgp
486!             CALL prognostic_equations_acc
487
488             IF ( background_communication )  THEN
489                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'continue' )
490#if defined( __parallel )
491                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
492#endif
493                send_receive = 'al'
494                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'stop' )
495             ENDIF
496
497          ENDIF
498
499!
500!--       Particle transport/physics with the Lagrangian particle model
501!--       (only once during intermediate steps, because it uses an Euler-step)
502!--       ### particle model should be moved before prognostic_equations, in order
503!--       to regard droplet interactions directly
504          IF ( particle_advection  .AND.                         &
505               simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
506               intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
507             CALL lpm
508             first_call_lpm = .FALSE.
509          ENDIF
510
511!
512!--       Interaction of droplets with temperature and specific humidity.
513!--       Droplet condensation and evaporation is calculated within
514!--       advec_particles.
515          IF ( cloud_droplets  .AND.  &
516               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
517          THEN
518             CALL interaction_droplets_ptq
519          ENDIF
520
521!
522!--       Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
523          IF ( .NOT. background_communication )  THEN
524
525             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
526
527             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
528                on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
529             ELSE                          ! of ghost point exchange
530                !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
531             ENDIF
532
533             CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
534             CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
535             CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
536             CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
537             IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
538             IF ( ocean )  THEN
539                CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
540                CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
541                CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
542             ENDIF
543             IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
544                CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
545                IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0  .AND.  &
546                     precipitation )  THEN
547                   CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
548                   CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
549                ENDIF
550             ENDIF
551             IF ( cloud_droplets )  THEN
552                CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
553                CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
554                CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
555                CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
556             ENDIF
557             IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
558
559             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
560                on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
561             ELSE                          ! of ghost point exchange
562                !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
563             ENDIF
564
565             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
566
567          ENDIF
568
569!
570!--       Boundary conditions for the prognostic quantities (except of the
571!--       velocities at the outflow in case of a non-cyclic lateral wall)
572          CALL boundary_conds
573
574!
575!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
576          CALL swap_timelevel
577
578!
579!--       Temperature offset must be imposed at cyclic boundaries in x-direction
580!--       when a sloping surface is used
581          IF ( sloping_surface )  THEN
582             IF ( nxl ==  0 )  pt(:,:,nxlg:nxl-1) = pt(:,:,nxlg:nxl-1) - &
583                                                    pt_slope_offset
584             IF ( nxr == nx )  pt(:,:,nxr+1:nxrg) = pt(:,:,nxr+1:nxrg) + &
585                                                    pt_slope_offset
586          ENDIF
587
588!
589!--       Impose a turbulent inflow using the recycling method
590          IF ( turbulent_inflow )  CALL  inflow_turbulence
591
592!
593!--       Impose a random perturbation on the horizontal velocity field
594          IF ( create_disturbances  .AND.                                      &
595               ( call_psolver_at_all_substeps  .AND.                           &
596               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
597          .OR. ( .NOT. call_psolver_at_all_substeps  .AND.                     &
598               intermediate_timestep_count == 1 ) )                            &
599          THEN
600             time_disturb = time_disturb + dt_3d
601             IF ( time_disturb >= dt_disturb )  THEN
602                !$acc update host( u, v )
603                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .FALSE.  ! workaround, remove later
604                IF ( hom(nzb+5,1,pr_palm,0) < disturbance_energy_limit )  THEN
605                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
606                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
607                ELSEIF ( .NOT. bc_lr_cyc  .OR.  .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
608!
609!--                Runs with a non-cyclic lateral wall need perturbations
610!--                near the inflow throughout the whole simulation
611                   dist_range = 1
612                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
613                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
614                   dist_range = 0
615                ENDIF
616                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .TRUE.  ! workaround, remove later
617                !$acc update device( u, v )
618                time_disturb = time_disturb - dt_disturb
619             ENDIF
620          ENDIF
621
622!
623!--       Reduce the velocity divergence via the equation for perturbation
624!--       pressure.
625          IF ( intermediate_timestep_count == 1  .OR. &
626                call_psolver_at_all_substeps )  THEN
627             CALL pres
628          ENDIF
629
630!
631!--       If required, compute liquid water content
632          IF ( cloud_physics )  THEN
633             CALL calc_liquid_water_content
634             !$acc update device( ql )
635          ENDIF
636!
637!--       If required, compute virtual potential temperature
638          IF ( humidity )  THEN
639             CALL compute_vpt
640             !$acc update device( vpt )
641          ENDIF
642!
643!--       Compute the diffusion quantities
644          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
645
646!
647!--          Determine surface fluxes shf and qsws and surface values
648!--          pt_surface and q_surface in dependence on data from external
649!--          file LSF_DATA respectively
650             IF ( ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) .AND. &
651                 intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
652             THEN
653                CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
654             ENDIF
655
656!
657!--          First the vertical fluxes in the Prandtl layer are being computed
658             IF ( prandtl_layer )  THEN
659                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'start' )
660                CALL prandtl_fluxes
661                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'stop' )
662             ENDIF
663
664!
665!--          Compute the diffusion coefficients
666             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'start' )
667             IF ( .NOT. humidity ) THEN
668                IF ( ocean )  THEN
669                   CALL diffusivities( prho, prho_reference )
670                ELSE
671                   CALL diffusivities( pt, pt_reference )
672                ENDIF
673             ELSE
674                CALL diffusivities( vpt, pt_reference )
675             ENDIF
676             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'stop' )
677
678          ENDIF
679
680       ENDDO   ! Intermediate step loop
681
682!
683!--    Increase simulation time and output times
684       nr_timesteps_this_run      = nr_timesteps_this_run + 1
685       current_timestep_number    = current_timestep_number + 1
686       simulated_time             = simulated_time   + dt_3d
687       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time )
688       time_since_reference_point = simulated_time - coupling_start_time
689
690       IF ( simulated_time >= skip_time_data_output_av )  THEN
691          time_do_av         = time_do_av       + dt_3d
692       ENDIF
693       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xy )  THEN
694          time_do2d_xy       = time_do2d_xy     + dt_3d
695       ENDIF
696       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xz )  THEN
697          time_do2d_xz       = time_do2d_xz     + dt_3d
698       ENDIF
699       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_yz )  THEN
700          time_do2d_yz       = time_do2d_yz     + dt_3d
701       ENDIF
702       IF ( simulated_time >= skip_time_do3d    )  THEN
703          time_do3d          = time_do3d        + dt_3d
704       ENDIF
705       DO  mid = 1, masks
706          IF ( simulated_time >= skip_time_domask(mid) )  THEN
707             time_domask(mid)= time_domask(mid) + dt_3d
708          ENDIF
709       ENDDO
710       time_dvrp          = time_dvrp        + dt_3d
711       IF ( simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
712          time_dosp       = time_dosp        + dt_3d
713       ENDIF
714       time_dots          = time_dots        + dt_3d
715       IF ( .NOT. first_call_lpm )  THEN
716          time_dopts      = time_dopts       + dt_3d
717       ENDIF
718       IF ( simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
719          time_dopr       = time_dopr        + dt_3d
720       ENDIF
721       time_dopr_listing          = time_dopr_listing        + dt_3d
722       time_run_control   = time_run_control + dt_3d
723
724!
725!--    Data exchange between coupled models
726       IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
727          time_coupling = time_coupling + dt_3d
728
729!
730!--       In case of model termination initiated by the local model
731!--       (terminate_coupled > 0), the coupler must be skipped because it would
732!--       cause an MPI intercomminucation hang.
733!--       If necessary, the coupler will be called at the beginning of the
734!--       next restart run.
735          DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
736             CALL surface_coupler
737             time_coupling = time_coupling - dt_coupling
738          ENDDO
739       ENDIF
740
741!
742!--    Execute user-defined actions
743       CALL user_actions( 'after_integration' )
744
745!
746!--    If Galilei transformation is used, determine the distance that the
747!--    model has moved so far
748       IF ( galilei_transformation )  THEN
749          advected_distance_x = advected_distance_x + u_gtrans * dt_3d
750          advected_distance_y = advected_distance_y + v_gtrans * dt_3d
751       ENDIF
752
753!
754!--    Check, if restart is necessary (because cpu-time is expiring or
755!--    because it is forced by user) and set stop flag
756!--    This call is skipped if the remote model has already initiated a restart.
757       IF ( .NOT. terminate_run )  CALL check_for_restart
758
759!
760!--    Carry out statistical analysis and output at the requested output times.
761!--    The MOD function is used for calculating the output time counters (like
762!--    time_dopr) in order to regard a possible decrease of the output time
763!--    interval in case of restart runs
764
765!
766!--    Set a flag indicating that so far no statistics have been created
767!--    for this time step
768       flow_statistics_called = .FALSE.
769
770!
771!--    If required, call flow_statistics for averaging in time
772       IF ( averaging_interval_pr /= 0.0_wp  .AND.  &
773            ( dt_dopr - time_dopr ) <= averaging_interval_pr  .AND.  &
774            simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
775          time_dopr_av = time_dopr_av + dt_3d
776          IF ( time_dopr_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
777             do_sum = .TRUE.
778             time_dopr_av = MOD( time_dopr_av, &
779                                    MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
780          ENDIF
781       ENDIF
782       IF ( do_sum )  CALL flow_statistics
783
784!
785!--    Sum-up 3d-arrays for later output of time-averaged 2d/3d/masked data
786       IF ( averaging_interval /= 0.0_wp  .AND.                                &
787            ( dt_data_output_av - time_do_av ) <= averaging_interval  .AND. &
788            simulated_time >= skip_time_data_output_av )                    &
789       THEN
790          time_do_sla = time_do_sla + dt_3d
791          IF ( time_do_sla >= dt_averaging_input )  THEN
792             CALL sum_up_3d_data
793             average_count_3d = average_count_3d + 1
794             time_do_sla = MOD( time_do_sla, MAX( dt_averaging_input, dt_3d ) )
795          ENDIF
796       ENDIF
797
798!
799!--    Calculate spectra for time averaging
800       IF ( averaging_interval_sp /= 0.0_wp  .AND.  &
801            ( dt_dosp - time_dosp ) <= averaging_interval_sp  .AND.  &
802            simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
803          time_dosp_av = time_dosp_av + dt_3d
804          IF ( time_dosp_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
805             CALL calc_spectra
806             time_dosp_av = MOD( time_dosp_av, &
807                                 MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
808          ENDIF
809       ENDIF
810
811!
812!--    Computation and output of run control parameters.
813!--    This is also done whenever perturbations have been imposed
814       IF ( time_run_control >= dt_run_control  .OR.                     &
815            timestep_scheme(1:5) /= 'runge'  .OR.  disturbance_created ) &
816       THEN
817          CALL run_control
818          IF ( time_run_control >= dt_run_control )  THEN
819             time_run_control = MOD( time_run_control, &
820                                     MAX( dt_run_control, dt_3d ) )
821          ENDIF
822       ENDIF
823
824!
825!--    Profile output (ASCII) on file
826       IF ( time_dopr_listing >= dt_dopr_listing )  THEN
827          CALL print_1d
828          time_dopr_listing = MOD( time_dopr_listing, MAX( dt_dopr_listing, &
829                                                           dt_3d ) )
830       ENDIF
831
832!
833!--    Graphic output for PROFIL
834       IF ( time_dopr >= dt_dopr )  THEN
835          IF ( dopr_n /= 0 )  CALL data_output_profiles
836          time_dopr = MOD( time_dopr, MAX( dt_dopr, dt_3d ) )
837          time_dopr_av = 0.0_wp    ! due to averaging (see above)
838       ENDIF
839
840!
841!--    Graphic output for time series
842       IF ( time_dots >= dt_dots )  THEN
843          CALL data_output_tseries
844          time_dots = MOD( time_dots, MAX( dt_dots, dt_3d ) )
845       ENDIF
846
847!
848!--    Output of spectra (formatted for use with PROFIL), in case of no
849!--    time averaging, spectra has to be calculated before
850       IF ( time_dosp >= dt_dosp )  THEN
851          IF ( average_count_sp == 0 )  CALL calc_spectra
852          CALL data_output_spectra
853          time_dosp = MOD( time_dosp, MAX( dt_dosp, dt_3d ) )
854       ENDIF
855
856!
857!--    2d-data output (cross-sections)
858       IF ( time_do2d_xy >= dt_do2d_xy )  THEN
859          CALL data_output_2d( 'xy', 0 )
860          time_do2d_xy = MOD( time_do2d_xy, MAX( dt_do2d_xy, dt_3d ) )
861       ENDIF
862       IF ( time_do2d_xz >= dt_do2d_xz )  THEN
863          CALL data_output_2d( 'xz', 0 )
864          time_do2d_xz = MOD( time_do2d_xz, MAX( dt_do2d_xz, dt_3d ) )
865       ENDIF
866       IF ( time_do2d_yz >= dt_do2d_yz )  THEN
867          CALL data_output_2d( 'yz', 0 )
868          time_do2d_yz = MOD( time_do2d_yz, MAX( dt_do2d_yz, dt_3d ) )
869       ENDIF
870
871!
872!--    3d-data output (volume data)
873       IF ( time_do3d >= dt_do3d )  THEN
874          CALL data_output_3d( 0 )
875          time_do3d = MOD( time_do3d, MAX( dt_do3d, dt_3d ) )
876       ENDIF
877
878!
879!--    masked data output
880!--    Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
881!--    netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
882       netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
883       IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
884       IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
885       DO  mid = 1, masks
886          IF ( time_domask(mid) >= dt_domask(mid) )  THEN
887             CALL data_output_mask( 0 )
888             time_domask(mid) = MOD( time_domask(mid),  &
889                                     MAX( dt_domask(mid), dt_3d ) )
890          ENDIF
891       ENDDO
892       netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
893
894!
895!--    Output of time-averaged 2d/3d/masked data
896       IF ( time_do_av >= dt_data_output_av )  THEN
897          CALL average_3d_data
898          CALL data_output_2d( 'xy', 1 )
899          CALL data_output_2d( 'xz', 1 )
900          CALL data_output_2d( 'yz', 1 )
901          CALL data_output_3d( 1 )
902!--       Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
903!--       netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
904          netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
905          IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
906          IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
907          DO  mid = 1, masks
908             CALL data_output_mask( 1 )
909          ENDDO
910          netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
911          time_do_av = MOD( time_do_av, MAX( dt_data_output_av, dt_3d ) )
912       ENDIF
913
914!
915!--    Output of particle time series
916       IF ( particle_advection )  THEN
917          IF ( time_dopts >= dt_dopts  .OR. &
918               ( simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
919                 first_call_lpm ) )  THEN
920             CALL data_output_ptseries
921             time_dopts = MOD( time_dopts, MAX( dt_dopts, dt_3d ) )
922          ENDIF
923       ENDIF
924
925!
926!--    Output of dvrp-graphics (isosurface, particles, slicer)
927#if defined( __dvrp_graphics )
928       CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number-1 )
929#endif
930       IF ( time_dvrp >= dt_dvrp )  THEN
931          CALL data_output_dvrp
932          time_dvrp = MOD( time_dvrp, MAX( dt_dvrp, dt_3d ) )
933       ENDIF
934#if defined( __dvrp_graphics )
935       CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
936#endif
937
938!
939!--    If required, set the heat flux for the next time step at a random value
940       IF ( constant_heatflux  .AND.  random_heatflux )  CALL disturb_heatflux
941
942!
943!--    Execute user-defined actions
944       CALL user_actions( 'after_timestep' )
945
946       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'stop' )
947
948
949    ENDDO   ! time loop
950
951#if defined( __dvrp_graphics )
952    CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number )
953#endif
954
955    CALL location_message( 'finished time-stepping' )
956
957 END SUBROUTINE time_integration
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.