source: palm/trunk/SOURCE/time_integration.f90 @ 1551

Last change on this file since 1551 was 1551, checked in by maronga, 7 years ago

land surface model released

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 39.4 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! Added interface for different radiation schemes.
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: time_integration.f90 1551 2015-03-03 14:18:16Z 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, irad_scheme, radiation, radiation_clearsky,        &
226              radiation_constant, radiation_rrtm, time_radiation
227
228    USE statistics,                                                            &
229        ONLY:  flow_statistics_called, hom, pr_palm, sums_ls_l
230
231    USE user_actions_mod,                                                      &
232        ONLY:  user_actions
233
234    IMPLICIT NONE
235
236    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string          !:
237
238    INTEGER(iwp)      ::  netcdf_data_format_save !:
239
240!
241!-- At the beginning of a simulation determine the time step as well as
242!-- determine and print out the run control parameters
243    IF ( simulated_time == 0.0_wp )  CALL timestep
244
245    CALL run_control
246
247
248!
249!-- Data exchange between coupled models in case that a call has been omitted
250!-- at the end of the previous run of a job chain.
251    IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
252!
253!--    In case of model termination initiated by the local model the coupler
254!--    must not be called because this would again cause an MPI hang.
255       DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
256          CALL surface_coupler
257          time_coupling = time_coupling - dt_coupling
258       ENDDO
259       IF (time_coupling == 0.0_wp .AND. time_since_reference_point < dt_coupling)&
260       THEN
261          time_coupling = time_since_reference_point
262       ENDIF
263    ENDIF
264
265
266#if defined( __dvrp_graphics )
267!
268!-- Time measurement with dvrp software 
269    CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
270#endif
271
272    CALL location_message( 'start with time-stepping', .TRUE. )
273!
274!-- Start of the time loop
275    DO  WHILE ( simulated_time < end_time  .AND.  .NOT. stop_dt  .AND. &
276                .NOT. terminate_run )
277
278       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'start' )
279
280!
281!--    Determine size of next time step
282       IF ( simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
283          CALL timestep
284       ENDIF
285
286!
287!--    Determine ug, vg and w_subs in dependence on data from external file
288!--    LSF_DATA
289       IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_vert )  THEN
290           CALL ls_forcing_vert ( simulated_time )
291           sums_ls_l = 0.0_wp
292       ENDIF
293
294!
295!--    Set pt_init and q_init to the current profiles taken from
296!--    NUDGING_DATA
297       IF ( nudging )  THEN
298           CALL nudge_ref ( simulated_time )
299!
300!--        Store temperature gradient at the top boundary for possible Neumann
301!--        boundary condition
302           bc_pt_t_val = ( pt_init(nzt+1) - pt_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
303           bc_q_t_val  = ( q_init(nzt+1) - q_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
304       ENDIF
305
306!
307!--    Execute the user-defined actions
308       CALL user_actions( 'before_timestep' )
309
310!
311!--    Start of intermediate step loop
312       intermediate_timestep_count = 0
313       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < &
314                   intermediate_timestep_count_max )
315
316          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
317
318!
319!--       Set the steering factors for the prognostic equations which depend
320!--       on the timestep scheme
321          CALL timestep_scheme_steering
322
323!
324!--       Calculate those variables needed in the tendency terms which need
325!--       global communication
326          IF ( .NOT. use_single_reference_value  .AND. &
327               .NOT. use_initial_profile_as_reference )  THEN
328!
329!--          Horizontally averaged profiles to be used as reference state in
330!--          buoyancy terms (WARNING: only the respective last call of
331!--          calc_mean_profile defines the reference state!)
332             IF ( .NOT. neutral )  THEN
333                CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
334                ref_state(:)  = hom(:,1,4,0) ! this is used in the buoyancy term
335             ENDIF
336             IF ( ocean )  THEN
337                CALL calc_mean_profile( rho, 64 )
338                ref_state(:)  = hom(:,1,64,0)
339             ENDIF
340             IF ( humidity )  THEN
341                CALL calc_mean_profile( vpt, 44 )
342                ref_state(:)  = hom(:,1,44,0)
343             ENDIF
344
345          ENDIF
346
347          IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL production_e_init
348          IF ( ( ws_scheme_mom .OR. ws_scheme_sca )  .AND.  &
349               intermediate_timestep_count == 1 )  CALL ws_statistics
350!
351!--       In case of nudging calculate current nudging time scale and horizontal
352!--       means of u, v, pt and q
353          IF ( nudging )  THEN
354             CALL calc_tnudge( simulated_time )
355             CALL calc_mean_profile( u, 1 )
356             CALL calc_mean_profile( v, 2 )
357             CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
358             CALL calc_mean_profile( q, 41 )
359          ENDIF
360
361!
362!--       Solve the prognostic equations. A fast cache optimized version with
363!--       only one single loop is used in case of Piascek-Williams advection
364!--       scheme. NEC vector machines use a different version, because
365!--       in the other versions a good vectorization is prohibited due to
366!--       inlining problems.
367          IF ( loop_optimization == 'cache' )  THEN
368             CALL prognostic_equations_cache
369          ELSEIF ( loop_optimization == 'vector' )  THEN
370             CALL prognostic_equations_vector
371          ELSEIF ( loop_optimization == 'acc' )  THEN
372             i_left  = nxl;         i_right = nxr
373             j_south = nys;         j_north = nyn
374             CALL prognostic_equations_acc
375
376!             i_left  = nxl;         i_right = nxl+nbgp-1
377!             j_south = nys;         j_north = nyn
378!             CALL prognostic_equations_acc
379!             i_left  = nxr-nbgp+1;  i_right = nxr
380!             j_south = nys;         j_north = nyn
381!             CALL prognostic_equations_acc
382
383!
384!--          Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
385             IF ( background_communication )  THEN
386
387                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
388               
389                send_receive = 'lr'
390                sendrecv_in_background = .TRUE.
391                req          = 0
392                req_count    = 0
393
394                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
395                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
396                ELSE                          ! of ghost point exchange
397                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
398                ENDIF
399
400                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
401                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
402                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
403                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
404                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
405                IF ( ocean )  THEN
406                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
407                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
408                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
409                ENDIF
410                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
411                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
412                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
413                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
414                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
415                   ENDIF
416                ENDIF
417                IF ( cloud_droplets )  THEN
418                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
419                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
420                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
421                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
422                ENDIF
423                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
424
425                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
426                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
427                ELSE                          ! of ghost point exchange
428                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
429                ENDIF
430
431                sendrecv_in_background = .FALSE.
432
433                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'pause' )
434
435             ENDIF
436
437!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
438!             j_south = nys;         j_north = nys+nbgp-1
439!             CALL prognostic_equations_acc
440!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
441!             j_south = nyn-nbgp+1;  j_north = nyn
442!             CALL prognostic_equations_acc
443
444             IF ( background_communication )  THEN
445                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'start' )
446#if defined( __parallel )
447                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
448#endif
449                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'pause' )
450
451                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'continue' )
452
453                send_receive = 'ns'
454                sendrecv_in_background = .TRUE.
455                req          = 0
456                req_count    = 0
457
458                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
459                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
460                ELSE                          ! of ghost point exchange
461                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
462                ENDIF
463
464                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
465                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
466                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
467                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
468                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
469                IF ( ocean )  THEN
470                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
471                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
472                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
473                ENDIF
474                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
475                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
476                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
477                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
478                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
479                   ENDIF
480                ENDIF
481                IF ( cloud_droplets )  THEN
482                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
483                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
484                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
485                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
486                ENDIF
487                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
488
489                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
490                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
491                ELSE                          ! of ghost point exchange
492                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
493                ENDIF
494
495                sendrecv_in_background = .FALSE.
496
497                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
498
499             ENDIF
500
501!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
502!             j_south = nys+nbgp;    j_north = nyn-nbgp
503!             CALL prognostic_equations_acc
504
505             IF ( background_communication )  THEN
506                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'continue' )
507#if defined( __parallel )
508                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
509#endif
510                send_receive = 'al'
511                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'stop' )
512             ENDIF
513
514          ENDIF
515
516!
517!--       Particle transport/physics with the Lagrangian particle model
518!--       (only once during intermediate steps, because it uses an Euler-step)
519!--       ### particle model should be moved before prognostic_equations, in order
520!--       to regard droplet interactions directly
521          IF ( particle_advection  .AND.                         &
522               simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
523               intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
524             CALL lpm
525             first_call_lpm = .FALSE.
526          ENDIF
527
528!
529!--       Interaction of droplets with temperature and specific humidity.
530!--       Droplet condensation and evaporation is calculated within
531!--       advec_particles.
532          IF ( cloud_droplets  .AND.  &
533               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
534          THEN
535             CALL interaction_droplets_ptq
536          ENDIF
537
538!
539!--       Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
540          IF ( .NOT. background_communication )  THEN
541
542             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
543
544             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
545                on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
546             ELSE                          ! of ghost point exchange
547                !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
548             ENDIF
549
550             CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
551             CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
552             CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
553             CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
554             IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
555             IF ( ocean )  THEN
556                CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
557                CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
558                CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
559             ENDIF
560             IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
561                CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
562                IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0  .AND.  &
563                     precipitation )  THEN
564                   CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
565                   CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
566                ENDIF
567             ENDIF
568             IF ( cloud_droplets )  THEN
569                CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
570                CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
571                CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
572                CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
573             ENDIF
574             IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence )  CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
575
576             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
577                on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
578             ELSE                          ! of ghost point exchange
579                !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
580             ENDIF
581
582             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
583
584          ENDIF
585
586!
587!--       Boundary conditions for the prognostic quantities (except of the
588!--       velocities at the outflow in case of a non-cyclic lateral wall)
589          CALL boundary_conds
590
591!
592!--       When using the land surface model:
593!--       1) solve energy balance equation to calculate new skin temperature
594!--       2) run soil model
595          IF ( land_surface )  THEN
596
597             time_radiation = time_radiation + dt_3d
598
599             IF ( time_radiation >= dt_radiation )  THEN
600
601                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'start' )
602
603                time_radiation = time_radiation - dt_radiation
604                IF ( irad_scheme == 0 )  THEN
605                   CALL radiation_constant             
606                ELSEIF ( irad_scheme == 1 )  THEN
607                   CALL radiation_clearsky
608                ELSEIF ( irad_scheme == 2 )  THEN
609                   CALL radiation_rrtm
610                ENDIF
611
612                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'stop' )
613             ENDIF
614
615             CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'start' )
616
617             CALL lsm_energy_balance
618             CALL lsm_soil_model
619
620             CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'stop' )
621
622          ENDIF
623
624!
625!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
626          CALL swap_timelevel
627
628!
629!--       Temperature offset must be imposed at cyclic boundaries in x-direction
630!--       when a sloping surface is used
631          IF ( sloping_surface )  THEN
632             IF ( nxl ==  0 )  pt(:,:,nxlg:nxl-1) = pt(:,:,nxlg:nxl-1) - &
633                                                    pt_slope_offset
634             IF ( nxr == nx )  pt(:,:,nxr+1:nxrg) = pt(:,:,nxr+1:nxrg) + &
635                                                    pt_slope_offset
636          ENDIF
637
638!
639!--       Impose a turbulent inflow using the recycling method
640          IF ( turbulent_inflow )  CALL  inflow_turbulence
641
642!
643!--       Impose a random perturbation on the horizontal velocity field
644          IF ( create_disturbances  .AND.                                      &
645               ( call_psolver_at_all_substeps  .AND.                           &
646               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
647          .OR. ( .NOT. call_psolver_at_all_substeps  .AND.                     &
648               intermediate_timestep_count == 1 ) )                            &
649          THEN
650             time_disturb = time_disturb + dt_3d
651             IF ( time_disturb >= dt_disturb )  THEN
652                !$acc update host( u, v )
653                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .FALSE.  ! workaround, remove later
654                IF ( hom(nzb+5,1,pr_palm,0) < disturbance_energy_limit )  THEN
655                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
656                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
657                ELSEIF ( .NOT. bc_lr_cyc  .OR.  .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
658!
659!--                Runs with a non-cyclic lateral wall need perturbations
660!--                near the inflow throughout the whole simulation
661                   dist_range = 1
662                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
663                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
664                   dist_range = 0
665                ENDIF
666                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .TRUE.  ! workaround, remove later
667                !$acc update device( u, v )
668                time_disturb = time_disturb - dt_disturb
669             ENDIF
670          ENDIF
671
672!
673!--       Reduce the velocity divergence via the equation for perturbation
674!--       pressure.
675          IF ( intermediate_timestep_count == 1  .OR. &
676                call_psolver_at_all_substeps )  THEN
677             CALL pres
678          ENDIF
679
680!
681!--       If required, compute liquid water content
682          IF ( cloud_physics )  THEN
683             CALL calc_liquid_water_content
684             !$acc update device( ql )
685          ENDIF
686!
687!--       If required, compute virtual potential temperature
688          IF ( humidity )  THEN
689             CALL compute_vpt
690             !$acc update device( vpt )
691          ENDIF
692!
693!--       Compute the diffusion quantities
694          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
695
696!
697!--          Determine surface fluxes shf and qsws and surface values
698!--          pt_surface and q_surface in dependence on data from external
699!--          file LSF_DATA respectively
700             IF ( ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) .AND. &
701                 intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
702             THEN
703                CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
704             ENDIF
705
706!
707!--          First the vertical fluxes in the Prandtl layer are being computed
708             IF ( prandtl_layer )  THEN
709                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'start' )
710                CALL prandtl_fluxes
711                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'stop' )
712             ENDIF
713
714!
715!--          Compute the diffusion coefficients
716             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'start' )
717             IF ( .NOT. humidity ) THEN
718                IF ( ocean )  THEN
719                   CALL diffusivities( prho, prho_reference )
720                ELSE
721                   CALL diffusivities( pt, pt_reference )
722                ENDIF
723             ELSE
724                CALL diffusivities( vpt, pt_reference )
725             ENDIF
726             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'stop' )
727
728          ENDIF
729
730       ENDDO   ! Intermediate step loop
731
732!
733!--    Increase simulation time and output times
734       nr_timesteps_this_run      = nr_timesteps_this_run + 1
735       current_timestep_number    = current_timestep_number + 1
736       simulated_time             = simulated_time   + dt_3d
737       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time )
738       time_since_reference_point = simulated_time - coupling_start_time
739
740       IF ( simulated_time >= skip_time_data_output_av )  THEN
741          time_do_av         = time_do_av       + dt_3d
742       ENDIF
743       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xy )  THEN
744          time_do2d_xy       = time_do2d_xy     + dt_3d
745       ENDIF
746       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xz )  THEN
747          time_do2d_xz       = time_do2d_xz     + dt_3d
748       ENDIF
749       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_yz )  THEN
750          time_do2d_yz       = time_do2d_yz     + dt_3d
751       ENDIF
752       IF ( simulated_time >= skip_time_do3d    )  THEN
753          time_do3d          = time_do3d        + dt_3d
754       ENDIF
755       DO  mid = 1, masks
756          IF ( simulated_time >= skip_time_domask(mid) )  THEN
757             time_domask(mid)= time_domask(mid) + dt_3d
758          ENDIF
759       ENDDO
760       time_dvrp          = time_dvrp        + dt_3d
761       IF ( simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
762          time_dosp       = time_dosp        + dt_3d
763       ENDIF
764       time_dots          = time_dots        + dt_3d
765       IF ( .NOT. first_call_lpm )  THEN
766          time_dopts      = time_dopts       + dt_3d
767       ENDIF
768       IF ( simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
769          time_dopr       = time_dopr        + dt_3d
770       ENDIF
771       time_dopr_listing          = time_dopr_listing        + dt_3d
772       time_run_control   = time_run_control + dt_3d
773
774!
775!--    Data exchange between coupled models
776       IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
777          time_coupling = time_coupling + dt_3d
778
779!
780!--       In case of model termination initiated by the local model
781!--       (terminate_coupled > 0), the coupler must be skipped because it would
782!--       cause an MPI intercomminucation hang.
783!--       If necessary, the coupler will be called at the beginning of the
784!--       next restart run.
785          DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
786             CALL surface_coupler
787             time_coupling = time_coupling - dt_coupling
788          ENDDO
789       ENDIF
790
791!
792!--    Execute user-defined actions
793       CALL user_actions( 'after_integration' )
794
795!
796!--    If Galilei transformation is used, determine the distance that the
797!--    model has moved so far
798       IF ( galilei_transformation )  THEN
799          advected_distance_x = advected_distance_x + u_gtrans * dt_3d
800          advected_distance_y = advected_distance_y + v_gtrans * dt_3d
801       ENDIF
802
803!
804!--    Check, if restart is necessary (because cpu-time is expiring or
805!--    because it is forced by user) and set stop flag
806!--    This call is skipped if the remote model has already initiated a restart.
807       IF ( .NOT. terminate_run )  CALL check_for_restart
808
809!
810!--    Carry out statistical analysis and output at the requested output times.
811!--    The MOD function is used for calculating the output time counters (like
812!--    time_dopr) in order to regard a possible decrease of the output time
813!--    interval in case of restart runs
814
815!
816!--    Set a flag indicating that so far no statistics have been created
817!--    for this time step
818       flow_statistics_called = .FALSE.
819
820!
821!--    If required, call flow_statistics for averaging in time
822       IF ( averaging_interval_pr /= 0.0_wp  .AND.  &
823            ( dt_dopr - time_dopr ) <= averaging_interval_pr  .AND.  &
824            simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
825          time_dopr_av = time_dopr_av + dt_3d
826          IF ( time_dopr_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
827             do_sum = .TRUE.
828             time_dopr_av = MOD( time_dopr_av, &
829                                    MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
830          ENDIF
831       ENDIF
832       IF ( do_sum )  CALL flow_statistics
833
834!
835!--    Sum-up 3d-arrays for later output of time-averaged 2d/3d/masked data
836       IF ( averaging_interval /= 0.0_wp  .AND.                                &
837            ( dt_data_output_av - time_do_av ) <= averaging_interval  .AND. &
838            simulated_time >= skip_time_data_output_av )                    &
839       THEN
840          time_do_sla = time_do_sla + dt_3d
841          IF ( time_do_sla >= dt_averaging_input )  THEN
842             CALL sum_up_3d_data
843             average_count_3d = average_count_3d + 1
844             time_do_sla = MOD( time_do_sla, MAX( dt_averaging_input, dt_3d ) )
845          ENDIF
846       ENDIF
847
848!
849!--    Calculate spectra for time averaging
850       IF ( averaging_interval_sp /= 0.0_wp  .AND.  &
851            ( dt_dosp - time_dosp ) <= averaging_interval_sp  .AND.  &
852            simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
853          time_dosp_av = time_dosp_av + dt_3d
854          IF ( time_dosp_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
855             CALL calc_spectra
856             time_dosp_av = MOD( time_dosp_av, &
857                                 MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
858          ENDIF
859       ENDIF
860
861!
862!--    Computation and output of run control parameters.
863!--    This is also done whenever perturbations have been imposed
864       IF ( time_run_control >= dt_run_control  .OR.                     &
865            timestep_scheme(1:5) /= 'runge'  .OR.  disturbance_created ) &
866       THEN
867          CALL run_control
868          IF ( time_run_control >= dt_run_control )  THEN
869             time_run_control = MOD( time_run_control, &
870                                     MAX( dt_run_control, dt_3d ) )
871          ENDIF
872       ENDIF
873
874!
875!--    Profile output (ASCII) on file
876       IF ( time_dopr_listing >= dt_dopr_listing )  THEN
877          CALL print_1d
878          time_dopr_listing = MOD( time_dopr_listing, MAX( dt_dopr_listing, &
879                                                           dt_3d ) )
880       ENDIF
881
882!
883!--    Graphic output for PROFIL
884       IF ( time_dopr >= dt_dopr )  THEN
885          IF ( dopr_n /= 0 )  CALL data_output_profiles
886          time_dopr = MOD( time_dopr, MAX( dt_dopr, dt_3d ) )
887          time_dopr_av = 0.0_wp    ! due to averaging (see above)
888       ENDIF
889
890!
891!--    Graphic output for time series
892       IF ( time_dots >= dt_dots )  THEN
893          CALL data_output_tseries
894          time_dots = MOD( time_dots, MAX( dt_dots, dt_3d ) )
895       ENDIF
896
897!
898!--    Output of spectra (formatted for use with PROFIL), in case of no
899!--    time averaging, spectra has to be calculated before
900       IF ( time_dosp >= dt_dosp )  THEN
901          IF ( average_count_sp == 0 )  CALL calc_spectra
902          CALL data_output_spectra
903          time_dosp = MOD( time_dosp, MAX( dt_dosp, dt_3d ) )
904       ENDIF
905
906!
907!--    2d-data output (cross-sections)
908       IF ( time_do2d_xy >= dt_do2d_xy )  THEN
909          CALL data_output_2d( 'xy', 0 )
910          time_do2d_xy = MOD( time_do2d_xy, MAX( dt_do2d_xy, dt_3d ) )
911       ENDIF
912       IF ( time_do2d_xz >= dt_do2d_xz )  THEN
913          CALL data_output_2d( 'xz', 0 )
914          time_do2d_xz = MOD( time_do2d_xz, MAX( dt_do2d_xz, dt_3d ) )
915       ENDIF
916       IF ( time_do2d_yz >= dt_do2d_yz )  THEN
917          CALL data_output_2d( 'yz', 0 )
918          time_do2d_yz = MOD( time_do2d_yz, MAX( dt_do2d_yz, dt_3d ) )
919       ENDIF
920
921!
922!--    3d-data output (volume data)
923       IF ( time_do3d >= dt_do3d )  THEN
924          CALL data_output_3d( 0 )
925          time_do3d = MOD( time_do3d, MAX( dt_do3d, dt_3d ) )
926       ENDIF
927
928!
929!--    masked data output
930!--    Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
931!--    netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
932       netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
933       IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
934       IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
935       DO  mid = 1, masks
936          IF ( time_domask(mid) >= dt_domask(mid) )  THEN
937             CALL data_output_mask( 0 )
938             time_domask(mid) = MOD( time_domask(mid),  &
939                                     MAX( dt_domask(mid), dt_3d ) )
940          ENDIF
941       ENDDO
942       netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
943
944!
945!--    Output of time-averaged 2d/3d/masked data
946       IF ( time_do_av >= dt_data_output_av )  THEN
947          CALL average_3d_data
948          CALL data_output_2d( 'xy', 1 )
949          CALL data_output_2d( 'xz', 1 )
950          CALL data_output_2d( 'yz', 1 )
951          CALL data_output_3d( 1 )
952!--       Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
953!--       netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
954          netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
955          IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
956          IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
957          DO  mid = 1, masks
958             CALL data_output_mask( 1 )
959          ENDDO
960          netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
961          time_do_av = MOD( time_do_av, MAX( dt_data_output_av, dt_3d ) )
962       ENDIF
963
964!
965!--    Output of particle time series
966       IF ( particle_advection )  THEN
967          IF ( time_dopts >= dt_dopts  .OR. &
968               ( simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
969                 first_call_lpm ) )  THEN
970             CALL data_output_ptseries
971             time_dopts = MOD( time_dopts, MAX( dt_dopts, dt_3d ) )
972          ENDIF
973       ENDIF
974
975!
976!--    Output of dvrp-graphics (isosurface, particles, slicer)
977#if defined( __dvrp_graphics )
978       CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number-1 )
979#endif
980       IF ( time_dvrp >= dt_dvrp )  THEN
981          CALL data_output_dvrp
982          time_dvrp = MOD( time_dvrp, MAX( dt_dvrp, dt_3d ) )
983       ENDIF
984#if defined( __dvrp_graphics )
985       CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
986#endif
987
988!
989!--    If required, set the heat flux for the next time step at a random value
990       IF ( constant_heatflux  .AND.  random_heatflux )  CALL disturb_heatflux
991
992!
993!--    Execute user-defined actions
994       CALL user_actions( 'after_timestep' )
995
996!
997!--    Output elapsed simulated time in form of a progress bar on stdout
998       IF ( myid == 0 )  CALL output_progress_bar
999
1000       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'stop' )
1001
1002
1003    ENDDO   ! time loop
1004
1005    IF ( myid == 0 )  CALL finish_progress_bar
1006
1007#if defined( __dvrp_graphics )
1008    CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number )
1009#endif
1010
1011    CALL location_message( 'finished time-stepping', .TRUE. )
1012
1013 END SUBROUTINE time_integration
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.