source: palm/trunk/SOURCE/time_integration.f90 @ 1497

Last change on this file since 1497 was 1497, checked in by maronga, 8 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 39.0 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 1497 2014-12-02 17:28:07Z maronga $
27!
28! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
29! Added calls for the land surface model and radiation scheme
30!
31! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
32! location messages modified
33!
34! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
35! location messages added
36!
37! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
38! CALL of nudge_ref added
39! bc_pt_t_val and bc_q_t_val are updated in case nudging is used
40!
41! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
42! Reset sums_ls_l to zero at each timestep
43! +sums_ls_l
44! Calculation of reference state (previously in subroutine calc_mean_profile)
45
46! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
47! REAL constants defined as wp-kind
48!
49! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
50! ONLY-attribute added to USE-statements,
51! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
52! kinds are defined in new module kinds,
53! old module precision_kind is removed,
54! revision history before 2012 removed,
55! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
56! all variable declaration statements
57! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
58! module interfaces removed
59!
60! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
61! +netcdf_data_format_save
62! For masked data, parallel netcdf output is not tested so far, hence
63! netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
64!
65! 1276 2014-01-15 13:40:41Z heinze
66! Use LSF_DATA also in case of Dirichlet bottom boundary condition for scalars
67!
68! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
69! acc-update-host directive for timestep removed
70!
71! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
72! Generalize calc_mean_profile for wider use
73! Determine shf and qsws in dependence on data from LSF_DATA
74! Determine ug and vg in dependence on data from LSF_DATA
75! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
76! host update of arrays before timestep is called
77!
78! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
79! mean profiles for reference state are only calculated if required,
80! small bugfix for background communication
81!
82! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
83! split of prognostic_equations deactivated (comment lines), for the time being
84!
85! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
86! asynchronous transfer of ghost point data realized for acc-optimized version:
87! prognostic_equations are first called two times for those points required for
88! the left-right and north-south exchange, respectively, and then for the
89! remaining points,
90! those parts requiring global communication moved from prognostic_equations to
91! here
92!
93! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
94! calculation of qr and nr is restricted to precipitation
95!
96! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
97! GPU-porting of boundary conditions,
98! openACC directives updated
99! formal parameter removed from routine boundary_conds
100!
101! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
102! +internal timestep counter for cpu statistics added,
103! openACC directives updated
104!
105! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
106! unused variables removed
107!
108! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
109! exchange of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
110!
111! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
112! exchange of ghost points for nr, qr added
113!
114! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
115! code put under GPL (PALM 3.9)
116!
117! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
118! non-optimized version of prognostic_equations removed
119!
120! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
121! +call of prognostic_equations_acc
122!
123! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
124! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
125!
126! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
127! advec_particles renamed lpm, first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
128!
129! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
130! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
131!
132! Revision 1.1  1997/08/11 06:19:04  raasch
133! Initial revision
134!
135!
136! Description:
137! ------------
138! Integration in time of the model equations, statistical analysis and graphic
139! output
140!------------------------------------------------------------------------------!
141
142    USE advec_ws,                                                              &
143        ONLY:  ws_statistics
144
145    USE arrays_3d,                                                             &
146        ONLY:  diss, dzu, e_p, nr_p, prho, pt, pt_p, pt_init, q_init, q, ql,   &
147               ql_c, ql_v, ql_vp, qr_p, q_p, ref_state, rho, sa_p, tend, u,    &
148               u_p, v, vpt, v_p, w_p
149
150    USE calc_mean_profile_mod,                                                 &
151        ONLY:  calc_mean_profile
152
153    USE control_parameters,                                                    &
154        ONLY:  advected_distance_x, advected_distance_y, average_count_3d,     &
155               average_count_sp, averaging_interval, averaging_interval_pr,    &
156               averaging_interval_sp, bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_pt_t_val,       &
157               bc_q_t_val, call_psolver_at_all_substeps, cloud_droplets,       &
158               cloud_physics, constant_heatflux, create_disturbances, dopr_n,  &
159               constant_diffusion, coupling_mode, coupling_start_time,         &
160               current_timestep_number, disturbance_created,                   &
161               disturbance_energy_limit, dist_range, do_sum, dt_3d,            &
162               dt_averaging_input, dt_averaging_input_pr, dt_coupling,         &
163               dt_data_output_av, dt_disturb, dt_do2d_xy, dt_do2d_xz,          &
164               dt_do2d_yz, dt_do3d, dt_domask,dt_dopts, dt_dopr,               &
165               dt_dopr_listing, dt_dosp, dt_dots, dt_dvrp, dt_run_control,     &
166               end_time, first_call_lpm, galilei_transformation, humidity,     &
167               icloud_scheme, intermediate_timestep_count,                     &
168               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
169               loop_optimization, lsf_surf, lsf_vert, masks, mid,              &
170               netcdf_data_format, neutral, nr_timesteps_this_run, nudging,    &
171               ocean, on_device, passive_scalar, prandtl_layer, precipitation, &
172               prho_reference, pt_reference, pt_slope_offset, random_heatflux, &
173               run_coupled, simulated_time, simulated_time_chr,                &
174               skip_time_do2d_xy, skip_time_do2d_xz, skip_time_do2d_yz,        &
175               skip_time_do3d, skip_time_domask, skip_time_dopr,               &
176               skip_time_dosp, skip_time_data_output_av, sloping_surface,      &
177               stop_dt, terminate_coupled, terminate_run, timestep_scheme,     &
178               time_coupling, time_do2d_xy, time_do2d_xz, time_do2d_yz,        &
179               time_do3d, time_domask, time_dopr, time_dopr_av,                &
180               time_dopr_listing, time_dopts, time_dosp, time_dosp_av,         &
181               time_dots, time_do_av, time_do_sla, time_disturb, time_dvrp,    &
182               time_run_control, time_since_reference_point,                   &
183               turbulence,                                                     &
184               turbulent_inflow, use_initial_profile_as_reference,             &
185               use_single_reference_value, u_gtrans, v_gtrans, ws_scheme_mom,  &
186               ws_scheme_sca
187
188    USE cpulog,                                                                &
189        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
190
191    USE indices,                                                               &
192        ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr,    &
193               nxrg, nyn, nys, nzb, nzt, nzb_u_inner, nzb_v_inner 
194
195    USE interaction_droplets_ptq_mod,                                          &
196        ONLY:  interaction_droplets_ptq
197
198    USE kinds
199
200    USE land_surface_model_mod,                                                &
201        ONLY:  land_surface, lsm_energy_balance, lsm_soil_model
202
203    USE ls_forcing_mod,                                                        &
204        ONLY:  ls_forcing_surf, ls_forcing_vert
205
206    USE nudge_mod,                                                             &
207        ONLY:  calc_tnudge, nudge_ref
208
209    USE particle_attributes,                                                   &
210        ONLY:  particle_advection, particle_advection_start, wang_kernel
211
212    USE pegrid
213
214    USE production_e_mod,                                                      &
215        ONLY:  production_e_init
216
217    USE progress_bar,                                                          &
218        ONLY:  finish_progress_bar, output_progress_bar
219
220    USE prognostic_equations_mod,                                              &
221        ONLY:  prognostic_equations_acc, prognostic_equations_cache,           &
222               prognostic_equations_vector
223
224    USE radiation_model_mod,                                                   &
225        ONLY: dt_radiation, lsm_radiation, radiation, time_radiation
226
227    USE statistics,                                                            &
228        ONLY:  flow_statistics_called, hom, pr_palm, sums_ls_l
229
230    USE user_actions_mod,                                                      &
231        ONLY:  user_actions
232
233    IMPLICIT NONE
234
235    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string          !:
236
237    INTEGER(iwp)      ::  netcdf_data_format_save !:
238
239!
240!-- At the beginning of a simulation determine the time step as well as
241!-- determine and print out the run control parameters
242    IF ( simulated_time == 0.0_wp )  CALL timestep
243
244    CALL run_control
245
246
247!
248!-- Data exchange between coupled models in case that a call has been omitted
249!-- at the end of the previous run of a job chain.
250    IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
251!
252!--    In case of model termination initiated by the local model the coupler
253!--    must not be called because this would again cause an MPI hang.
254       DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
255          CALL surface_coupler
256          time_coupling = time_coupling - dt_coupling
257       ENDDO
258       IF (time_coupling == 0.0_wp .AND. time_since_reference_point < dt_coupling)&
259       THEN
260          time_coupling = time_since_reference_point
261       ENDIF
262    ENDIF
263
264
265#if defined( __dvrp_graphics )
266!
267!-- Time measurement with dvrp software 
268    CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
269#endif
270
271    CALL location_message( 'start with time-stepping', .TRUE. )
272!
273!-- Start of the time loop
274    DO  WHILE ( simulated_time < end_time  .AND.  .NOT. stop_dt  .AND. &
275                .NOT. terminate_run )
276
277       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'start' )
278
279!
280!--    Determine size of next time step
281       IF ( simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
282          CALL timestep
283       ENDIF
284
285!
286!--    Determine ug, vg and w_subs in dependence on data from external file
287!--    LSF_DATA
288       IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_vert )  THEN
289           CALL ls_forcing_vert ( simulated_time )
290           sums_ls_l = 0.0_wp
291       ENDIF
292
293!
294!--    Set pt_init and q_init to the current profiles taken from
295!--    NUDGING_DATA
296       IF ( nudging )  THEN
297           CALL nudge_ref ( simulated_time )
298!
299!--        Store temperature gradient at the top boundary for possible Neumann
300!--        boundary condition
301           bc_pt_t_val = ( pt_init(nzt+1) - pt_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
302           bc_q_t_val  = ( q_init(nzt+1) - q_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
303       ENDIF
304
305!
306!--    Execute the user-defined actions
307       CALL user_actions( 'before_timestep' )
308
309!
310!--    Start of intermediate step loop
311       intermediate_timestep_count = 0
312       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < &
313                   intermediate_timestep_count_max )
314
315          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
316
317!
318!--       Set the steering factors for the prognostic equations which depend
319!--       on the timestep scheme
320          CALL timestep_scheme_steering
321
322!
323!--       Calculate those variables needed in the tendency terms which need
324!--       global communication
325          IF ( .NOT. use_single_reference_value  .AND. &
326               .NOT. use_initial_profile_as_reference )  THEN
327!
328!--          Horizontally averaged profiles to be used as reference state in
329!--          buoyancy terms (WARNING: only the respective last call of
330!--          calc_mean_profile defines the reference state!)
331             IF ( .NOT. neutral )  THEN
332                CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
333                ref_state(:)  = hom(:,1,4,0) ! this is used in the buoyancy term
334             ENDIF
335             IF ( ocean )  THEN
336                CALL calc_mean_profile( rho, 64 )
337                ref_state(:)  = hom(:,1,64,0)
338             ENDIF
339             IF ( humidity )  THEN
340                CALL calc_mean_profile( vpt, 44 )
341                ref_state(:)  = hom(:,1,44,0)
342             ENDIF
343
344          ENDIF
345
346          IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL production_e_init
347          IF ( ( ws_scheme_mom .OR. ws_scheme_sca )  .AND.  &
348               intermediate_timestep_count == 1 )  CALL ws_statistics
349!
350!--       In case of nudging calculate current nudging time scale and horizontal
351!--       means of u, v, pt and q
352          IF ( nudging )  THEN
353             CALL calc_tnudge( simulated_time )
354             CALL calc_mean_profile( u, 1 )
355             CALL calc_mean_profile( v, 2 )
356             CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
357             CALL calc_mean_profile( q, 41 )
358          ENDIF
359
360!
361!--       Solve the prognostic equations. A fast cache optimized version with
362!--       only one single loop is used in case of Piascek-Williams advection
363!--       scheme. NEC vector machines use a different version, because
364!--       in the other versions a good vectorization is prohibited due to
365!--       inlining problems.
366          IF ( loop_optimization == 'cache' )  THEN
367             CALL prognostic_equations_cache
368          ELSEIF ( loop_optimization == 'vector' )  THEN
369             CALL prognostic_equations_vector
370          ELSEIF ( loop_optimization == 'acc' )  THEN
371             i_left  = nxl;         i_right = nxr
372             j_south = nys;         j_north = nyn
373             CALL prognostic_equations_acc
374
375!             i_left  = nxl;         i_right = nxl+nbgp-1
376!             j_south = nys;         j_north = nyn
377!             CALL prognostic_equations_acc
378!             i_left  = nxr-nbgp+1;  i_right = nxr
379!             j_south = nys;         j_north = nyn
380!             CALL prognostic_equations_acc
381
382!
383!--          Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
384             IF ( background_communication )  THEN
385
386                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
387               
388                send_receive = 'lr'
389                sendrecv_in_background = .TRUE.
390                req          = 0
391                req_count    = 0
392
393                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
394                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
395                ELSE                          ! of ghost point exchange
396                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
397                ENDIF
398
399                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
400                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
401                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
402                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
403                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
404                IF ( ocean )  THEN
405                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
406                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
407                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
408                ENDIF
409                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
410                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
411                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
412                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
413                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
414                   ENDIF
415                ENDIF
416                IF ( cloud_droplets )  THEN
417                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
418                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
419                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
420                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
421                ENDIF
422                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
423
424                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
425                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
426                ELSE                          ! of ghost point exchange
427                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
428                ENDIF
429
430                sendrecv_in_background = .FALSE.
431
432                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'pause' )
433
434             ENDIF
435
436!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
437!             j_south = nys;         j_north = nys+nbgp-1
438!             CALL prognostic_equations_acc
439!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
440!             j_south = nyn-nbgp+1;  j_north = nyn
441!             CALL prognostic_equations_acc
442
443             IF ( background_communication )  THEN
444                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'start' )
445#if defined( __parallel )
446                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
447#endif
448                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'pause' )
449
450                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'continue' )
451
452                send_receive = 'ns'
453                sendrecv_in_background = .TRUE.
454                req          = 0
455                req_count    = 0
456
457                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
458                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
459                ELSE                          ! of ghost point exchange
460                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
461                ENDIF
462
463                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
464                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
465                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
466                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
467                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
468                IF ( ocean )  THEN
469                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
470                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
471                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
472                ENDIF
473                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
474                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
475                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
476                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
477                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
478                   ENDIF
479                ENDIF
480                IF ( cloud_droplets )  THEN
481                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
482                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
483                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
484                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
485                ENDIF
486                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
487
488                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
489                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
490                ELSE                          ! of ghost point exchange
491                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
492                ENDIF
493
494                sendrecv_in_background = .FALSE.
495
496                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
497
498             ENDIF
499
500!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
501!             j_south = nys+nbgp;    j_north = nyn-nbgp
502!             CALL prognostic_equations_acc
503
504             IF ( background_communication )  THEN
505                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'continue' )
506#if defined( __parallel )
507                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
508#endif
509                send_receive = 'al'
510                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'stop' )
511             ENDIF
512
513          ENDIF
514
515!
516!--       Particle transport/physics with the Lagrangian particle model
517!--       (only once during intermediate steps, because it uses an Euler-step)
518!--       ### particle model should be moved before prognostic_equations, in order
519!--       to regard droplet interactions directly
520          IF ( particle_advection  .AND.                         &
521               simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
522               intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
523             CALL lpm
524             first_call_lpm = .FALSE.
525          ENDIF
526
527!
528!--       Interaction of droplets with temperature and specific humidity.
529!--       Droplet condensation and evaporation is calculated within
530!--       advec_particles.
531          IF ( cloud_droplets  .AND.  &
532               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
533          THEN
534             CALL interaction_droplets_ptq
535          ENDIF
536
537!
538!--       Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
539          IF ( .NOT. background_communication )  THEN
540
541             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
542
543             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
544                on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
545             ELSE                          ! of ghost point exchange
546                !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
547             ENDIF
548
549             CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
550             CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
551             CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
552             CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
553             IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
554             IF ( ocean )  THEN
555                CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
556                CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
557                CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
558             ENDIF
559             IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
560                CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
561                IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0  .AND.  &
562                     precipitation )  THEN
563                   CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
564                   CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
565                ENDIF
566             ENDIF
567             IF ( cloud_droplets )  THEN
568                CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
569                CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
570                CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
571                CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
572             ENDIF
573             IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
574
575             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
576                on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
577             ELSE                          ! of ghost point exchange
578                !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
579             ENDIF
580
581             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
582
583          ENDIF
584
585!
586!--       Boundary conditions for the prognostic quantities (except of the
587!--       velocities at the outflow in case of a non-cyclic lateral wall)
588          CALL boundary_conds
589
590!
591!--       When using the land surface model:
592!--       1) solve energy balance equation to calculate new skin temperature
593!--       2) run soil model
594          IF ( land_surface )  THEN
595
596             time_radiation = time_radiation + dt_3d
597
598             IF ( time_radiation >= dt_radiation )  THEN
599
600                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'start' )
601
602                time_radiation = time_radiation - dt_radiation
603                CALL lsm_radiation
604
605                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'stop' )
606             ENDIF
607
608             CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'start' )
609
610             CALL lsm_energy_balance
611             CALL lsm_soil_model
612
613             CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'stop' )
614
615          ENDIF
616
617!
618!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
619          CALL swap_timelevel
620
621!
622!--       Temperature offset must be imposed at cyclic boundaries in x-direction
623!--       when a sloping surface is used
624          IF ( sloping_surface )  THEN
625             IF ( nxl ==  0 )  pt(:,:,nxlg:nxl-1) = pt(:,:,nxlg:nxl-1) - &
626                                                    pt_slope_offset
627             IF ( nxr == nx )  pt(:,:,nxr+1:nxrg) = pt(:,:,nxr+1:nxrg) + &
628                                                    pt_slope_offset
629          ENDIF
630
631!
632!--       Impose a turbulent inflow using the recycling method
633          IF ( turbulent_inflow )  CALL  inflow_turbulence
634
635!
636!--       Impose a random perturbation on the horizontal velocity field
637          IF ( create_disturbances  .AND.                                      &
638               ( call_psolver_at_all_substeps  .AND.                           &
639               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
640          .OR. ( .NOT. call_psolver_at_all_substeps  .AND.                     &
641               intermediate_timestep_count == 1 ) )                            &
642          THEN
643             time_disturb = time_disturb + dt_3d
644             IF ( time_disturb >= dt_disturb )  THEN
645                !$acc update host( u, v )
646                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .FALSE.  ! workaround, remove later
647                IF ( hom(nzb+5,1,pr_palm,0) < disturbance_energy_limit )  THEN
648                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
649                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
650                ELSEIF ( .NOT. bc_lr_cyc  .OR.  .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
651!
652!--                Runs with a non-cyclic lateral wall need perturbations
653!--                near the inflow throughout the whole simulation
654                   dist_range = 1
655                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
656                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
657                   dist_range = 0
658                ENDIF
659                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .TRUE.  ! workaround, remove later
660                !$acc update device( u, v )
661                time_disturb = time_disturb - dt_disturb
662             ENDIF
663          ENDIF
664
665!
666!--       Reduce the velocity divergence via the equation for perturbation
667!--       pressure.
668          IF ( intermediate_timestep_count == 1  .OR. &
669                call_psolver_at_all_substeps )  THEN
670             CALL pres
671          ENDIF
672
673!
674!--       If required, compute liquid water content
675          IF ( cloud_physics )  THEN
676             CALL calc_liquid_water_content
677             !$acc update device( ql )
678          ENDIF
679!
680!--       If required, compute virtual potential temperature
681          IF ( humidity )  THEN
682             CALL compute_vpt 
683             !$acc update device( vpt )
684          ENDIF 
685!
686!--       Compute the diffusion quantities
687          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
688
689!
690!--          Determine surface fluxes shf and qsws and surface values
691!--          pt_surface and q_surface in dependence on data from external
692!--          file LSF_DATA respectively
693             IF ( ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) .AND. &
694                 intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
695             THEN
696                CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
697             ENDIF
698
699!
700!--          First the vertical fluxes in the Prandtl layer are being computed
701             IF ( prandtl_layer )  THEN
702                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'start' )
703                CALL prandtl_fluxes
704                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'stop' )
705             ENDIF
706
707!
708!--          Compute the diffusion coefficients
709             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'start' )
710             IF ( .NOT. humidity ) THEN
711                IF ( ocean )  THEN
712                   CALL diffusivities( prho, prho_reference )
713                ELSE
714                   CALL diffusivities( pt, pt_reference )
715                ENDIF
716             ELSE
717                CALL diffusivities( vpt, pt_reference )
718             ENDIF
719             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'stop' )
720
721          ENDIF
722
723       ENDDO   ! Intermediate step loop
724
725!
726!--    Increase simulation time and output times
727       nr_timesteps_this_run      = nr_timesteps_this_run + 1
728       current_timestep_number    = current_timestep_number + 1
729       simulated_time             = simulated_time   + dt_3d
730       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time )
731       time_since_reference_point = simulated_time - coupling_start_time
732
733       IF ( simulated_time >= skip_time_data_output_av )  THEN
734          time_do_av         = time_do_av       + dt_3d
735       ENDIF
736       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xy )  THEN
737          time_do2d_xy       = time_do2d_xy     + dt_3d
738       ENDIF
739       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xz )  THEN
740          time_do2d_xz       = time_do2d_xz     + dt_3d
741       ENDIF
742       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_yz )  THEN
743          time_do2d_yz       = time_do2d_yz     + dt_3d
744       ENDIF
745       IF ( simulated_time >= skip_time_do3d    )  THEN
746          time_do3d          = time_do3d        + dt_3d
747       ENDIF
748       DO  mid = 1, masks
749          IF ( simulated_time >= skip_time_domask(mid) )  THEN
750             time_domask(mid)= time_domask(mid) + dt_3d
751          ENDIF
752       ENDDO
753       time_dvrp          = time_dvrp        + dt_3d
754       IF ( simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
755          time_dosp       = time_dosp        + dt_3d
756       ENDIF
757       time_dots          = time_dots        + dt_3d
758       IF ( .NOT. first_call_lpm )  THEN
759          time_dopts      = time_dopts       + dt_3d
760       ENDIF
761       IF ( simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
762          time_dopr       = time_dopr        + dt_3d
763       ENDIF
764       time_dopr_listing          = time_dopr_listing        + dt_3d
765       time_run_control   = time_run_control + dt_3d
766
767!
768!--    Data exchange between coupled models
769       IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
770          time_coupling = time_coupling + dt_3d
771
772!
773!--       In case of model termination initiated by the local model
774!--       (terminate_coupled > 0), the coupler must be skipped because it would
775!--       cause an MPI intercomminucation hang.
776!--       If necessary, the coupler will be called at the beginning of the
777!--       next restart run.
778          DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
779             CALL surface_coupler
780             time_coupling = time_coupling - dt_coupling
781          ENDDO
782       ENDIF
783
784!
785!--    Execute user-defined actions
786       CALL user_actions( 'after_integration' )
787
788!
789!--    If Galilei transformation is used, determine the distance that the
790!--    model has moved so far
791       IF ( galilei_transformation )  THEN
792          advected_distance_x = advected_distance_x + u_gtrans * dt_3d
793          advected_distance_y = advected_distance_y + v_gtrans * dt_3d
794       ENDIF
795
796!
797!--    Check, if restart is necessary (because cpu-time is expiring or
798!--    because it is forced by user) and set stop flag
799!--    This call is skipped if the remote model has already initiated a restart.
800       IF ( .NOT. terminate_run )  CALL check_for_restart
801
802!
803!--    Carry out statistical analysis and output at the requested output times.
804!--    The MOD function is used for calculating the output time counters (like
805!--    time_dopr) in order to regard a possible decrease of the output time
806!--    interval in case of restart runs
807
808!
809!--    Set a flag indicating that so far no statistics have been created
810!--    for this time step
811       flow_statistics_called = .FALSE.
812
813!
814!--    If required, call flow_statistics for averaging in time
815       IF ( averaging_interval_pr /= 0.0_wp  .AND.  &
816            ( dt_dopr - time_dopr ) <= averaging_interval_pr  .AND.  &
817            simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
818          time_dopr_av = time_dopr_av + dt_3d
819          IF ( time_dopr_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
820             do_sum = .TRUE.
821             time_dopr_av = MOD( time_dopr_av, &
822                                    MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
823          ENDIF
824       ENDIF
825       IF ( do_sum )  CALL flow_statistics
826
827!
828!--    Sum-up 3d-arrays for later output of time-averaged 2d/3d/masked data
829       IF ( averaging_interval /= 0.0_wp  .AND.                                &
830            ( dt_data_output_av - time_do_av ) <= averaging_interval  .AND. &
831            simulated_time >= skip_time_data_output_av )                    &
832       THEN
833          time_do_sla = time_do_sla + dt_3d
834          IF ( time_do_sla >= dt_averaging_input )  THEN
835             CALL sum_up_3d_data
836             average_count_3d = average_count_3d + 1
837             time_do_sla = MOD( time_do_sla, MAX( dt_averaging_input, dt_3d ) )
838          ENDIF
839       ENDIF
840
841!
842!--    Calculate spectra for time averaging
843       IF ( averaging_interval_sp /= 0.0_wp  .AND.  &
844            ( dt_dosp - time_dosp ) <= averaging_interval_sp  .AND.  &
845            simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
846          time_dosp_av = time_dosp_av + dt_3d
847          IF ( time_dosp_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
848             CALL calc_spectra
849             time_dosp_av = MOD( time_dosp_av, &
850                                 MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
851          ENDIF
852       ENDIF
853
854!
855!--    Computation and output of run control parameters.
856!--    This is also done whenever perturbations have been imposed
857       IF ( time_run_control >= dt_run_control  .OR.                     &
858            timestep_scheme(1:5) /= 'runge'  .OR.  disturbance_created ) &
859       THEN
860          CALL run_control
861          IF ( time_run_control >= dt_run_control )  THEN
862             time_run_control = MOD( time_run_control, &
863                                     MAX( dt_run_control, dt_3d ) )
864          ENDIF
865       ENDIF
866
867!
868!--    Profile output (ASCII) on file
869       IF ( time_dopr_listing >= dt_dopr_listing )  THEN
870          CALL print_1d
871          time_dopr_listing = MOD( time_dopr_listing, MAX( dt_dopr_listing, &
872                                                           dt_3d ) )
873       ENDIF
874
875!
876!--    Graphic output for PROFIL
877       IF ( time_dopr >= dt_dopr )  THEN
878          IF ( dopr_n /= 0 )  CALL data_output_profiles
879          time_dopr = MOD( time_dopr, MAX( dt_dopr, dt_3d ) )
880          time_dopr_av = 0.0_wp    ! due to averaging (see above)
881       ENDIF
882
883!
884!--    Graphic output for time series
885       IF ( time_dots >= dt_dots )  THEN
886          CALL data_output_tseries
887          time_dots = MOD( time_dots, MAX( dt_dots, dt_3d ) )
888       ENDIF
889
890!
891!--    Output of spectra (formatted for use with PROFIL), in case of no
892!--    time averaging, spectra has to be calculated before
893       IF ( time_dosp >= dt_dosp )  THEN
894          IF ( average_count_sp == 0 )  CALL calc_spectra
895          CALL data_output_spectra
896          time_dosp = MOD( time_dosp, MAX( dt_dosp, dt_3d ) )
897       ENDIF
898
899!
900!--    2d-data output (cross-sections)
901       IF ( time_do2d_xy >= dt_do2d_xy )  THEN
902          CALL data_output_2d( 'xy', 0 )
903          time_do2d_xy = MOD( time_do2d_xy, MAX( dt_do2d_xy, dt_3d ) )
904       ENDIF
905       IF ( time_do2d_xz >= dt_do2d_xz )  THEN
906          CALL data_output_2d( 'xz', 0 )
907          time_do2d_xz = MOD( time_do2d_xz, MAX( dt_do2d_xz, dt_3d ) )
908       ENDIF
909       IF ( time_do2d_yz >= dt_do2d_yz )  THEN
910          CALL data_output_2d( 'yz', 0 )
911          time_do2d_yz = MOD( time_do2d_yz, MAX( dt_do2d_yz, dt_3d ) )
912       ENDIF
913
914!
915!--    3d-data output (volume data)
916       IF ( time_do3d >= dt_do3d )  THEN
917          CALL data_output_3d( 0 )
918          time_do3d = MOD( time_do3d, MAX( dt_do3d, dt_3d ) )
919       ENDIF
920
921!
922!--    masked data output
923!--    Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
924!--    netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
925       netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
926       IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
927       IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
928       DO  mid = 1, masks
929          IF ( time_domask(mid) >= dt_domask(mid) )  THEN
930             CALL data_output_mask( 0 )
931             time_domask(mid) = MOD( time_domask(mid),  &
932                                     MAX( dt_domask(mid), dt_3d ) )
933          ENDIF
934       ENDDO
935       netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
936
937!
938!--    Output of time-averaged 2d/3d/masked data
939       IF ( time_do_av >= dt_data_output_av )  THEN
940          CALL average_3d_data
941          CALL data_output_2d( 'xy', 1 )
942          CALL data_output_2d( 'xz', 1 )
943          CALL data_output_2d( 'yz', 1 )
944          CALL data_output_3d( 1 )
945!--       Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
946!--       netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
947          netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
948          IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
949          IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
950          DO  mid = 1, masks
951             CALL data_output_mask( 1 )
952          ENDDO
953          netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
954          time_do_av = MOD( time_do_av, MAX( dt_data_output_av, dt_3d ) )
955       ENDIF
956
957!
958!--    Output of particle time series
959       IF ( particle_advection )  THEN
960          IF ( time_dopts >= dt_dopts  .OR. &
961               ( simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
962                 first_call_lpm ) )  THEN
963             CALL data_output_ptseries
964             time_dopts = MOD( time_dopts, MAX( dt_dopts, dt_3d ) )
965          ENDIF
966       ENDIF
967
968!
969!--    Output of dvrp-graphics (isosurface, particles, slicer)
970#if defined( __dvrp_graphics )
971       CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number-1 )
972#endif
973       IF ( time_dvrp >= dt_dvrp )  THEN
974          CALL data_output_dvrp
975          time_dvrp = MOD( time_dvrp, MAX( dt_dvrp, dt_3d ) )
976       ENDIF
977#if defined( __dvrp_graphics )
978       CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
979#endif
980
981!
982!--    If required, set the heat flux for the next time step at a random value
983       IF ( constant_heatflux  .AND.  random_heatflux )  CALL disturb_heatflux
984
985!
986!--    Execute user-defined actions
987       CALL user_actions( 'after_timestep' )
988
989!
990!--    Output elapsed simulated time in form of a progress bar on stdout
991       IF ( myid == 0 )  CALL output_progress_bar
992
993       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'stop' )
994
995
996    ENDDO   ! time loop
997
998    IF ( myid == 0 )  CALL finish_progress_bar
999
1000#if defined( __dvrp_graphics )
1001    CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number )
1002#endif
1003
1004    CALL location_message( 'finished time-stepping', .TRUE. )
1005
1006 END SUBROUTINE time_integration
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.