source: palm/trunk/SOURCE/time_integration.f90 @ 1416

Last change on this file since 1416 was 1403, checked in by raasch, 10 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 37.7 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 1403 2014-05-09 14:52:24Z suehring $
27!
28! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
29! location messages modified
30!
31! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
32! location messages added
33!
34! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
35! CALL of nudge_ref added
36! bc_pt_t_val and bc_q_t_val are updated in case nudging is used
37!
38! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
39! Reset sums_ls_l to zero at each timestep
40! +sums_ls_l
41! Calculation of reference state (previously in subroutine calc_mean_profile)
42
43! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
44! REAL constants defined as wp-kind
45!
46! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
47! ONLY-attribute added to USE-statements,
48! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
49! kinds are defined in new module kinds,
50! old module precision_kind is removed,
51! revision history before 2012 removed,
52! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
53! all variable declaration statements
54! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
55! module interfaces removed
56!
57! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
58! +netcdf_data_format_save
59! For masked data, parallel netcdf output is not tested so far, hence
60! netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
61!
62! 1276 2014-01-15 13:40:41Z heinze
63! Use LSF_DATA also in case of Dirichlet bottom boundary condition for scalars
64!
65! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
66! acc-update-host directive for timestep removed
67!
68! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
69! Generalize calc_mean_profile for wider use
70! Determine shf and qsws in dependence on data from LSF_DATA
71! Determine ug and vg in dependence on data from LSF_DATA
72! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
73! host update of arrays before timestep is called
74!
75! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
76! mean profiles for reference state are only calculated if required,
77! small bugfix for background communication
78!
79! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
80! split of prognostic_equations deactivated (comment lines), for the time being
81!
82! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
83! asynchronous transfer of ghost point data realized for acc-optimized version:
84! prognostic_equations are first called two times for those points required for
85! the left-right and north-south exchange, respectively, and then for the
86! remaining points,
87! those parts requiring global communication moved from prognostic_equations to
88! here
89!
90! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
91! calculation of qr and nr is restricted to precipitation
92!
93! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
94! GPU-porting of boundary conditions,
95! openACC directives updated
96! formal parameter removed from routine boundary_conds
97!
98! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
99! +internal timestep counter for cpu statistics added,
100! openACC directives updated
101!
102! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
103! unused variables removed
104!
105! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
106! exchange of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
107!
108! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
109! exchange of ghost points for nr, qr added
110!
111! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
112! code put under GPL (PALM 3.9)
113!
114! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
115! non-optimized version of prognostic_equations removed
116!
117! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
118! +call of prognostic_equations_acc
119!
120! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
121! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
122!
123! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
124! advec_particles renamed lpm, first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
125!
126! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
127! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
128!
129! Revision 1.1  1997/08/11 06:19:04  raasch
130! Initial revision
131!
132!
133! Description:
134! ------------
135! Integration in time of the model equations, statistical analysis and graphic
136! output
137!------------------------------------------------------------------------------!
138
139    USE advec_ws,                                                              &
140        ONLY:  ws_statistics
141
142    USE arrays_3d,                                                             &
143        ONLY:  diss, dzu, e_p, nr_p, prho, pt, pt_p, pt_init, q_init, q, ql,   &
144               ql_c, ql_v, ql_vp, qr_p, q_p, ref_state, rho, sa_p, tend, u,    &
145               u_p, v, vpt, v_p, w_p
146
147    USE calc_mean_profile_mod,                                                 &
148        ONLY:  calc_mean_profile
149
150    USE control_parameters,                                                    &
151        ONLY:  advected_distance_x, advected_distance_y, average_count_3d,     &
152               average_count_sp, averaging_interval, averaging_interval_pr,    &
153               averaging_interval_sp, bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_pt_t_val,       &
154               bc_q_t_val, call_psolver_at_all_substeps, cloud_droplets,       &
155               cloud_physics, constant_heatflux, create_disturbances, dopr_n,  &
156               constant_diffusion, coupling_mode, coupling_start_time,         &
157               current_timestep_number, disturbance_created,                   &
158               disturbance_energy_limit, dist_range, do_sum, dt_3d,            &
159               dt_averaging_input, dt_averaging_input_pr, dt_coupling,         &
160               dt_data_output_av, dt_disturb, dt_do2d_xy, dt_do2d_xz,          &
161               dt_do2d_yz, dt_do3d, dt_domask,dt_dopts, dt_dopr,               &
162               dt_dopr_listing, dt_dosp, dt_dots, dt_dvrp, dt_run_control,     &
163               end_time, first_call_lpm, galilei_transformation, humidity,     &
164               icloud_scheme, intermediate_timestep_count,                     &
165               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
166               loop_optimization, lsf_surf, lsf_vert, masks, mid,              &
167               netcdf_data_format, neutral, nr_timesteps_this_run, nudging,    &
168               ocean, on_device, passive_scalar, prandtl_layer, precipitation, &
169               prho_reference, pt_reference, pt_slope_offset, random_heatflux, &
170               run_coupled, simulated_time, simulated_time_chr,                &
171               skip_time_do2d_xy, skip_time_do2d_xz, skip_time_do2d_yz,        &
172               skip_time_do3d, skip_time_domask, skip_time_dopr,               &
173               skip_time_dosp, skip_time_data_output_av, sloping_surface,      &
174               stop_dt, terminate_coupled, terminate_run, timestep_scheme,     &
175               time_coupling, time_do2d_xy, time_do2d_xz, time_do2d_yz,        &
176               time_do3d, time_domask, time_dopr, time_dopr_av,                &
177               time_dopr_listing, time_dopts, time_dosp, time_dosp_av,         &
178               time_dots, time_do_av, time_do_sla, time_disturb, time_dvrp,    &
179               time_run_control, time_since_reference_point, turbulence,       &
180               turbulent_inflow, use_initial_profile_as_reference,             &
181               use_single_reference_value, u_gtrans, v_gtrans, ws_scheme_mom,  &
182               ws_scheme_sca
183
184    USE cpulog,                                                                &
185        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
186
187    USE indices,                                                               &
188        ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr,    &
189               nxrg, nyn, nys, nzb, nzt, nzb_u_inner, nzb_v_inner 
190
191    USE interaction_droplets_ptq_mod,                                          &
192        ONLY:  interaction_droplets_ptq
193
194    USE kinds
195
196    USE ls_forcing_mod,                                                        &
197        ONLY:  ls_forcing_surf, ls_forcing_vert
198
199    USE nudge_mod,                                                             &
200        ONLY:  calc_tnudge, nudge_ref
201
202    USE particle_attributes,                                                   &
203        ONLY:  particle_advection, particle_advection_start, wang_kernel
204
205    USE pegrid
206
207    USE production_e_mod,                                                      &
208        ONLY:  production_e_init
209
210    USE progress_bar,                                                          &
211        ONLY:  finish_progress_bar, output_progress_bar
212
213    USE prognostic_equations_mod,                                              &
214        ONLY:  prognostic_equations_acc, prognostic_equations_cache,           &
215               prognostic_equations_vector
216
217    USE statistics,                                                            &
218        ONLY:  flow_statistics_called, hom, pr_palm, sums_ls_l
219
220    USE user_actions_mod,                                                      &
221        ONLY:  user_actions
222
223    IMPLICIT NONE
224
225    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string          !:
226
227    INTEGER(iwp)      ::  netcdf_data_format_save !:
228
229!
230!-- At the beginning of a simulation determine the time step as well as
231!-- determine and print out the run control parameters
232    IF ( simulated_time == 0.0_wp )  CALL timestep
233
234    CALL run_control
235
236
237!
238!-- Data exchange between coupled models in case that a call has been omitted
239!-- at the end of the previous run of a job chain.
240    IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
241!
242!--    In case of model termination initiated by the local model the coupler
243!--    must not be called because this would again cause an MPI hang.
244       DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
245          CALL surface_coupler
246          time_coupling = time_coupling - dt_coupling
247       ENDDO
248       IF (time_coupling == 0.0_wp .AND. time_since_reference_point < dt_coupling)&
249       THEN
250          time_coupling = time_since_reference_point
251       ENDIF
252    ENDIF
253
254
255#if defined( __dvrp_graphics )
256!
257!-- Time measurement with dvrp software 
258    CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
259#endif
260
261    CALL location_message( 'start with time-stepping', .TRUE. )
262!
263!-- Start of the time loop
264    DO  WHILE ( simulated_time < end_time  .AND.  .NOT. stop_dt  .AND. &
265                .NOT. terminate_run )
266
267       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'start' )
268
269!
270!--    Determine size of next time step
271       IF ( simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
272          CALL timestep
273       ENDIF
274
275!
276!--    Determine ug, vg and w_subs in dependence on data from external file
277!--    LSF_DATA
278       IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_vert )  THEN
279           CALL ls_forcing_vert ( simulated_time )
280           sums_ls_l = 0.0_wp
281       ENDIF
282
283!
284!--    Set pt_init and q_init to the current profiles taken from
285!--    NUDGING_DATA
286       IF ( nudging )  THEN
287           CALL nudge_ref ( simulated_time )
288!
289!--        Store temperature gradient at the top boundary for possible Neumann
290!--        boundary condition
291           bc_pt_t_val = ( pt_init(nzt+1) - pt_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
292           bc_q_t_val  = ( q_init(nzt+1) - q_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
293       ENDIF
294
295!
296!--    Execute the user-defined actions
297       CALL user_actions( 'before_timestep' )
298
299!
300!--    Start of intermediate step loop
301       intermediate_timestep_count = 0
302       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < &
303                   intermediate_timestep_count_max )
304
305          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
306
307!
308!--       Set the steering factors for the prognostic equations which depend
309!--       on the timestep scheme
310          CALL timestep_scheme_steering
311
312!
313!--       Calculate those variables needed in the tendency terms which need
314!--       global communication
315          IF ( .NOT. use_single_reference_value  .AND. &
316               .NOT. use_initial_profile_as_reference )  THEN
317!
318!--          Horizontally averaged profiles to be used as reference state in
319!--          buoyancy terms (WARNING: only the respective last call of
320!--          calc_mean_profile defines the reference state!)
321             IF ( .NOT. neutral )  THEN
322                CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
323                ref_state(:)  = hom(:,1,4,0) ! this is used in the buoyancy term
324             ENDIF
325             IF ( ocean )  THEN
326                CALL calc_mean_profile( rho, 64 )
327                ref_state(:)  = hom(:,1,64,0)
328             ENDIF
329             IF ( humidity )  THEN
330                CALL calc_mean_profile( vpt, 44 )
331                ref_state(:)  = hom(:,1,44,0)
332             ENDIF
333
334          ENDIF
335
336          IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL production_e_init
337          IF ( ( ws_scheme_mom .OR. ws_scheme_sca )  .AND.  &
338               intermediate_timestep_count == 1 )  CALL ws_statistics
339!
340!--       In case of nudging calculate current nudging time scale and horizontal
341!--       means of u, v, pt and q
342          IF ( nudging )  THEN
343             CALL calc_tnudge( simulated_time )
344             CALL calc_mean_profile( u, 1 )
345             CALL calc_mean_profile( v, 2 )
346             CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
347             CALL calc_mean_profile( q, 41 )
348          ENDIF
349
350!
351!--       Solve the prognostic equations. A fast cache optimized version with
352!--       only one single loop is used in case of Piascek-Williams advection
353!--       scheme. NEC vector machines use a different version, because
354!--       in the other versions a good vectorization is prohibited due to
355!--       inlining problems.
356          IF ( loop_optimization == 'cache' )  THEN
357             CALL prognostic_equations_cache
358          ELSEIF ( loop_optimization == 'vector' )  THEN
359             CALL prognostic_equations_vector
360          ELSEIF ( loop_optimization == 'acc' )  THEN
361             i_left  = nxl;         i_right = nxr
362             j_south = nys;         j_north = nyn
363             CALL prognostic_equations_acc
364
365!             i_left  = nxl;         i_right = nxl+nbgp-1
366!             j_south = nys;         j_north = nyn
367!             CALL prognostic_equations_acc
368!             i_left  = nxr-nbgp+1;  i_right = nxr
369!             j_south = nys;         j_north = nyn
370!             CALL prognostic_equations_acc
371
372!
373!--          Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
374             IF ( background_communication )  THEN
375
376                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
377               
378                send_receive = 'lr'
379                sendrecv_in_background = .TRUE.
380                req          = 0
381                req_count    = 0
382
383                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
384                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
385                ELSE                          ! of ghost point exchange
386                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
387                ENDIF
388
389                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
390                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
391                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
392                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
393                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
394                IF ( ocean )  THEN
395                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
396                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
397                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
398                ENDIF
399                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
400                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
401                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
402                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
403                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
404                   ENDIF
405                ENDIF
406                IF ( cloud_droplets )  THEN
407                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
408                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
409                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
410                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
411                ENDIF
412                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
413
414                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
415                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
416                ELSE                          ! of ghost point exchange
417                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
418                ENDIF
419
420                sendrecv_in_background = .FALSE.
421
422                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'pause' )
423
424             ENDIF
425
426!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
427!             j_south = nys;         j_north = nys+nbgp-1
428!             CALL prognostic_equations_acc
429!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
430!             j_south = nyn-nbgp+1;  j_north = nyn
431!             CALL prognostic_equations_acc
432
433             IF ( background_communication )  THEN
434                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'start' )
435#if defined( __parallel )
436                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
437#endif
438                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'pause' )
439
440                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'continue' )
441
442                send_receive = 'ns'
443                sendrecv_in_background = .TRUE.
444                req          = 0
445                req_count    = 0
446
447                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
448                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
449                ELSE                          ! of ghost point exchange
450                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
451                ENDIF
452
453                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
454                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
455                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
456                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
457                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
458                IF ( ocean )  THEN
459                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
460                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
461                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
462                ENDIF
463                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
464                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
465                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
466                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
467                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
468                   ENDIF
469                ENDIF
470                IF ( cloud_droplets )  THEN
471                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
472                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
473                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
474                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
475                ENDIF
476                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
477
478                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
479                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
480                ELSE                          ! of ghost point exchange
481                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
482                ENDIF
483
484                sendrecv_in_background = .FALSE.
485
486                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
487
488             ENDIF
489
490!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
491!             j_south = nys+nbgp;    j_north = nyn-nbgp
492!             CALL prognostic_equations_acc
493
494             IF ( background_communication )  THEN
495                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'continue' )
496#if defined( __parallel )
497                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
498#endif
499                send_receive = 'al'
500                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'stop' )
501             ENDIF
502
503          ENDIF
504
505!
506!--       Particle transport/physics with the Lagrangian particle model
507!--       (only once during intermediate steps, because it uses an Euler-step)
508!--       ### particle model should be moved before prognostic_equations, in order
509!--       to regard droplet interactions directly
510          IF ( particle_advection  .AND.                         &
511               simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
512               intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
513             CALL lpm
514             first_call_lpm = .FALSE.
515          ENDIF
516
517!
518!--       Interaction of droplets with temperature and specific humidity.
519!--       Droplet condensation and evaporation is calculated within
520!--       advec_particles.
521          IF ( cloud_droplets  .AND.  &
522               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
523          THEN
524             CALL interaction_droplets_ptq
525          ENDIF
526
527!
528!--       Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
529          IF ( .NOT. background_communication )  THEN
530
531             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
532
533             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
534                on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
535             ELSE                          ! of ghost point exchange
536                !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
537             ENDIF
538
539             CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
540             CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
541             CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
542             CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
543             IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
544             IF ( ocean )  THEN
545                CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
546                CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
547                CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
548             ENDIF
549             IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
550                CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
551                IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0  .AND.  &
552                     precipitation )  THEN
553                   CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
554                   CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
555                ENDIF
556             ENDIF
557             IF ( cloud_droplets )  THEN
558                CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
559                CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
560                CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
561                CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
562             ENDIF
563             IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
564
565             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
566                on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
567             ELSE                          ! of ghost point exchange
568                !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
569             ENDIF
570
571             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
572
573          ENDIF
574
575!
576!--       Boundary conditions for the prognostic quantities (except of the
577!--       velocities at the outflow in case of a non-cyclic lateral wall)
578          CALL boundary_conds
579
580!
581!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
582          CALL swap_timelevel
583
584!
585!--       Temperature offset must be imposed at cyclic boundaries in x-direction
586!--       when a sloping surface is used
587          IF ( sloping_surface )  THEN
588             IF ( nxl ==  0 )  pt(:,:,nxlg:nxl-1) = pt(:,:,nxlg:nxl-1) - &
589                                                    pt_slope_offset
590             IF ( nxr == nx )  pt(:,:,nxr+1:nxrg) = pt(:,:,nxr+1:nxrg) + &
591                                                    pt_slope_offset
592          ENDIF
593
594!
595!--       Impose a turbulent inflow using the recycling method
596          IF ( turbulent_inflow )  CALL  inflow_turbulence
597
598!
599!--       Impose a random perturbation on the horizontal velocity field
600          IF ( create_disturbances  .AND.                                      &
601               ( call_psolver_at_all_substeps  .AND.                           &
602               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
603          .OR. ( .NOT. call_psolver_at_all_substeps  .AND.                     &
604               intermediate_timestep_count == 1 ) )                            &
605          THEN
606             time_disturb = time_disturb + dt_3d
607             IF ( time_disturb >= dt_disturb )  THEN
608                !$acc update host( u, v )
609                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .FALSE.  ! workaround, remove later
610                IF ( hom(nzb+5,1,pr_palm,0) < disturbance_energy_limit )  THEN
611                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
612                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
613                ELSEIF ( .NOT. bc_lr_cyc  .OR.  .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
614!
615!--                Runs with a non-cyclic lateral wall need perturbations
616!--                near the inflow throughout the whole simulation
617                   dist_range = 1
618                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
619                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
620                   dist_range = 0
621                ENDIF
622                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .TRUE.  ! workaround, remove later
623                !$acc update device( u, v )
624                time_disturb = time_disturb - dt_disturb
625             ENDIF
626          ENDIF
627
628!
629!--       Reduce the velocity divergence via the equation for perturbation
630!--       pressure.
631          IF ( intermediate_timestep_count == 1  .OR. &
632                call_psolver_at_all_substeps )  THEN
633             CALL pres
634          ENDIF
635
636!
637!--       If required, compute liquid water content
638          IF ( cloud_physics )  THEN
639             CALL calc_liquid_water_content
640             !$acc update device( ql )
641          ENDIF
642!
643!--       If required, compute virtual potential temperature
644          IF ( humidity )  THEN
645             CALL compute_vpt 
646             !$acc update device( vpt )
647          ENDIF 
648!
649!--       Compute the diffusion quantities
650          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
651
652!
653!--          Determine surface fluxes shf and qsws and surface values
654!--          pt_surface and q_surface in dependence on data from external
655!--          file LSF_DATA respectively
656             IF ( ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) .AND. &
657                 intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
658             THEN
659                CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
660             ENDIF
661
662!
663!--          First the vertical fluxes in the Prandtl layer are being computed
664             IF ( prandtl_layer )  THEN
665                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'start' )
666                CALL prandtl_fluxes
667                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'stop' )
668             ENDIF
669
670!
671!--          Compute the diffusion coefficients
672             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'start' )
673             IF ( .NOT. humidity ) THEN
674                IF ( ocean )  THEN
675                   CALL diffusivities( prho, prho_reference )
676                ELSE
677                   CALL diffusivities( pt, pt_reference )
678                ENDIF
679             ELSE
680                CALL diffusivities( vpt, pt_reference )
681             ENDIF
682             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'stop' )
683
684          ENDIF
685
686       ENDDO   ! Intermediate step loop
687
688!
689!--    Increase simulation time and output times
690       nr_timesteps_this_run      = nr_timesteps_this_run + 1
691       current_timestep_number    = current_timestep_number + 1
692       simulated_time             = simulated_time   + dt_3d
693       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time )
694       time_since_reference_point = simulated_time - coupling_start_time
695
696       IF ( simulated_time >= skip_time_data_output_av )  THEN
697          time_do_av         = time_do_av       + dt_3d
698       ENDIF
699       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xy )  THEN
700          time_do2d_xy       = time_do2d_xy     + dt_3d
701       ENDIF
702       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xz )  THEN
703          time_do2d_xz       = time_do2d_xz     + dt_3d
704       ENDIF
705       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_yz )  THEN
706          time_do2d_yz       = time_do2d_yz     + dt_3d
707       ENDIF
708       IF ( simulated_time >= skip_time_do3d    )  THEN
709          time_do3d          = time_do3d        + dt_3d
710       ENDIF
711       DO  mid = 1, masks
712          IF ( simulated_time >= skip_time_domask(mid) )  THEN
713             time_domask(mid)= time_domask(mid) + dt_3d
714          ENDIF
715       ENDDO
716       time_dvrp          = time_dvrp        + dt_3d
717       IF ( simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
718          time_dosp       = time_dosp        + dt_3d
719       ENDIF
720       time_dots          = time_dots        + dt_3d
721       IF ( .NOT. first_call_lpm )  THEN
722          time_dopts      = time_dopts       + dt_3d
723       ENDIF
724       IF ( simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
725          time_dopr       = time_dopr        + dt_3d
726       ENDIF
727       time_dopr_listing          = time_dopr_listing        + dt_3d
728       time_run_control   = time_run_control + dt_3d
729
730!
731!--    Data exchange between coupled models
732       IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
733          time_coupling = time_coupling + dt_3d
734
735!
736!--       In case of model termination initiated by the local model
737!--       (terminate_coupled > 0), the coupler must be skipped because it would
738!--       cause an MPI intercomminucation hang.
739!--       If necessary, the coupler will be called at the beginning of the
740!--       next restart run.
741          DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
742             CALL surface_coupler
743             time_coupling = time_coupling - dt_coupling
744          ENDDO
745       ENDIF
746
747!
748!--    Execute user-defined actions
749       CALL user_actions( 'after_integration' )
750
751!
752!--    If Galilei transformation is used, determine the distance that the
753!--    model has moved so far
754       IF ( galilei_transformation )  THEN
755          advected_distance_x = advected_distance_x + u_gtrans * dt_3d
756          advected_distance_y = advected_distance_y + v_gtrans * dt_3d
757       ENDIF
758
759!
760!--    Check, if restart is necessary (because cpu-time is expiring or
761!--    because it is forced by user) and set stop flag
762!--    This call is skipped if the remote model has already initiated a restart.
763       IF ( .NOT. terminate_run )  CALL check_for_restart
764
765!
766!--    Carry out statistical analysis and output at the requested output times.
767!--    The MOD function is used for calculating the output time counters (like
768!--    time_dopr) in order to regard a possible decrease of the output time
769!--    interval in case of restart runs
770
771!
772!--    Set a flag indicating that so far no statistics have been created
773!--    for this time step
774       flow_statistics_called = .FALSE.
775
776!
777!--    If required, call flow_statistics for averaging in time
778       IF ( averaging_interval_pr /= 0.0_wp  .AND.  &
779            ( dt_dopr - time_dopr ) <= averaging_interval_pr  .AND.  &
780            simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
781          time_dopr_av = time_dopr_av + dt_3d
782          IF ( time_dopr_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
783             do_sum = .TRUE.
784             time_dopr_av = MOD( time_dopr_av, &
785                                    MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
786          ENDIF
787       ENDIF
788       IF ( do_sum )  CALL flow_statistics
789
790!
791!--    Sum-up 3d-arrays for later output of time-averaged 2d/3d/masked data
792       IF ( averaging_interval /= 0.0_wp  .AND.                                &
793            ( dt_data_output_av - time_do_av ) <= averaging_interval  .AND. &
794            simulated_time >= skip_time_data_output_av )                    &
795       THEN
796          time_do_sla = time_do_sla + dt_3d
797          IF ( time_do_sla >= dt_averaging_input )  THEN
798             CALL sum_up_3d_data
799             average_count_3d = average_count_3d + 1
800             time_do_sla = MOD( time_do_sla, MAX( dt_averaging_input, dt_3d ) )
801          ENDIF
802       ENDIF
803
804!
805!--    Calculate spectra for time averaging
806       IF ( averaging_interval_sp /= 0.0_wp  .AND.  &
807            ( dt_dosp - time_dosp ) <= averaging_interval_sp  .AND.  &
808            simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
809          time_dosp_av = time_dosp_av + dt_3d
810          IF ( time_dosp_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
811             CALL calc_spectra
812             time_dosp_av = MOD( time_dosp_av, &
813                                 MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
814          ENDIF
815       ENDIF
816
817!
818!--    Computation and output of run control parameters.
819!--    This is also done whenever perturbations have been imposed
820       IF ( time_run_control >= dt_run_control  .OR.                     &
821            timestep_scheme(1:5) /= 'runge'  .OR.  disturbance_created ) &
822       THEN
823          CALL run_control
824          IF ( time_run_control >= dt_run_control )  THEN
825             time_run_control = MOD( time_run_control, &
826                                     MAX( dt_run_control, dt_3d ) )
827          ENDIF
828       ENDIF
829
830!
831!--    Profile output (ASCII) on file
832       IF ( time_dopr_listing >= dt_dopr_listing )  THEN
833          CALL print_1d
834          time_dopr_listing = MOD( time_dopr_listing, MAX( dt_dopr_listing, &
835                                                           dt_3d ) )
836       ENDIF
837
838!
839!--    Graphic output for PROFIL
840       IF ( time_dopr >= dt_dopr )  THEN
841          IF ( dopr_n /= 0 )  CALL data_output_profiles
842          time_dopr = MOD( time_dopr, MAX( dt_dopr, dt_3d ) )
843          time_dopr_av = 0.0_wp    ! due to averaging (see above)
844       ENDIF
845
846!
847!--    Graphic output for time series
848       IF ( time_dots >= dt_dots )  THEN
849          CALL data_output_tseries
850          time_dots = MOD( time_dots, MAX( dt_dots, dt_3d ) )
851       ENDIF
852
853!
854!--    Output of spectra (formatted for use with PROFIL), in case of no
855!--    time averaging, spectra has to be calculated before
856       IF ( time_dosp >= dt_dosp )  THEN
857          IF ( average_count_sp == 0 )  CALL calc_spectra
858          CALL data_output_spectra
859          time_dosp = MOD( time_dosp, MAX( dt_dosp, dt_3d ) )
860       ENDIF
861
862!
863!--    2d-data output (cross-sections)
864       IF ( time_do2d_xy >= dt_do2d_xy )  THEN
865          CALL data_output_2d( 'xy', 0 )
866          time_do2d_xy = MOD( time_do2d_xy, MAX( dt_do2d_xy, dt_3d ) )
867       ENDIF
868       IF ( time_do2d_xz >= dt_do2d_xz )  THEN
869          CALL data_output_2d( 'xz', 0 )
870          time_do2d_xz = MOD( time_do2d_xz, MAX( dt_do2d_xz, dt_3d ) )
871       ENDIF
872       IF ( time_do2d_yz >= dt_do2d_yz )  THEN
873          CALL data_output_2d( 'yz', 0 )
874          time_do2d_yz = MOD( time_do2d_yz, MAX( dt_do2d_yz, dt_3d ) )
875       ENDIF
876
877!
878!--    3d-data output (volume data)
879       IF ( time_do3d >= dt_do3d )  THEN
880          CALL data_output_3d( 0 )
881          time_do3d = MOD( time_do3d, MAX( dt_do3d, dt_3d ) )
882       ENDIF
883
884!
885!--    masked data output
886!--    Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
887!--    netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
888       netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
889       IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
890       IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
891       DO  mid = 1, masks
892          IF ( time_domask(mid) >= dt_domask(mid) )  THEN
893             CALL data_output_mask( 0 )
894             time_domask(mid) = MOD( time_domask(mid),  &
895                                     MAX( dt_domask(mid), dt_3d ) )
896          ENDIF
897       ENDDO
898       netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
899
900!
901!--    Output of time-averaged 2d/3d/masked data
902       IF ( time_do_av >= dt_data_output_av )  THEN
903          CALL average_3d_data
904          CALL data_output_2d( 'xy', 1 )
905          CALL data_output_2d( 'xz', 1 )
906          CALL data_output_2d( 'yz', 1 )
907          CALL data_output_3d( 1 )
908!--       Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
909!--       netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
910          netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
911          IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
912          IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
913          DO  mid = 1, masks
914             CALL data_output_mask( 1 )
915          ENDDO
916          netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
917          time_do_av = MOD( time_do_av, MAX( dt_data_output_av, dt_3d ) )
918       ENDIF
919
920!
921!--    Output of particle time series
922       IF ( particle_advection )  THEN
923          IF ( time_dopts >= dt_dopts  .OR. &
924               ( simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
925                 first_call_lpm ) )  THEN
926             CALL data_output_ptseries
927             time_dopts = MOD( time_dopts, MAX( dt_dopts, dt_3d ) )
928          ENDIF
929       ENDIF
930
931!
932!--    Output of dvrp-graphics (isosurface, particles, slicer)
933#if defined( __dvrp_graphics )
934       CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number-1 )
935#endif
936       IF ( time_dvrp >= dt_dvrp )  THEN
937          CALL data_output_dvrp
938          time_dvrp = MOD( time_dvrp, MAX( dt_dvrp, dt_3d ) )
939       ENDIF
940#if defined( __dvrp_graphics )
941       CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
942#endif
943
944!
945!--    If required, set the heat flux for the next time step at a random value
946       IF ( constant_heatflux  .AND.  random_heatflux )  CALL disturb_heatflux
947
948!
949!--    Execute user-defined actions
950       CALL user_actions( 'after_timestep' )
951
952!
953!--    Output elapsed simulated time in form of a progress bar on stdout
954       IF ( myid == 0 )  CALL output_progress_bar
955
956       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'stop' )
957
958
959    ENDDO   ! time loop
960
961    IF ( myid == 0 )  CALL finish_progress_bar
962
963#if defined( __dvrp_graphics )
964    CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number )
965#endif
966
967    CALL location_message( 'finished time-stepping', .TRUE. )
968
969 END SUBROUTINE time_integration
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.