source: palm/trunk/SOURCE/time_integration.f90 @ 1671

Last change on this file since 1671 was 1671, checked in by raasch, 7 years ago

bugfix: ghostpoint exchange for array diss in case that sgs velocities are used
for particles

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 40.0 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! bugfix: ghostpoint exchange for array diss in case that sgs velocities are used
23! for particles
24!
25! Former revisions:
26! -----------------
27! $Id: time_integration.f90 1671 2015-09-25 03:29:37Z raasch $
28!
29! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
30! Moved call of radiation scheme. Added support for RRTM
31!
32! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
33! Added interface for different radiation schemes.
34!
35! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
36! Added calls for the land surface model and radiation scheme
37!
38! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
39! location messages modified
40!
41! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
42! location messages added
43!
44! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
45! CALL of nudge_ref added
46! bc_pt_t_val and bc_q_t_val are updated in case nudging is used
47!
48! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
49! Reset sums_ls_l to zero at each timestep
50! +sums_ls_l
51! Calculation of reference state (previously in subroutine calc_mean_profile)
52
53! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
54! REAL constants defined as wp-kind
55!
56! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
57! ONLY-attribute added to USE-statements,
58! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
59! kinds are defined in new module kinds,
60! old module precision_kind is removed,
61! revision history before 2012 removed,
62! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
63! all variable declaration statements
64! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
65! module interfaces removed
66!
67! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
68! +netcdf_data_format_save
69! For masked data, parallel netcdf output is not tested so far, hence
70! netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
71!
72! 1276 2014-01-15 13:40:41Z heinze
73! Use LSF_DATA also in case of Dirichlet bottom boundary condition for scalars
74!
75! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
76! acc-update-host directive for timestep removed
77!
78! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
79! Generalize calc_mean_profile for wider use
80! Determine shf and qsws in dependence on data from LSF_DATA
81! Determine ug and vg in dependence on data from LSF_DATA
82! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
83! host update of arrays before timestep is called
84!
85! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
86! mean profiles for reference state are only calculated if required,
87! small bugfix for background communication
88!
89! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
90! split of prognostic_equations deactivated (comment lines), for the time being
91!
92! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
93! asynchronous transfer of ghost point data realized for acc-optimized version:
94! prognostic_equations are first called two times for those points required for
95! the left-right and north-south exchange, respectively, and then for the
96! remaining points,
97! those parts requiring global communication moved from prognostic_equations to
98! here
99!
100! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
101! calculation of qr and nr is restricted to precipitation
102!
103! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
104! GPU-porting of boundary conditions,
105! openACC directives updated
106! formal parameter removed from routine boundary_conds
107!
108! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
109! +internal timestep counter for cpu statistics added,
110! openACC directives updated
111!
112! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
113! unused variables removed
114!
115! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
116! exchange of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
117!
118! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
119! exchange of ghost points for nr, qr added
120!
121! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
122! code put under GPL (PALM 3.9)
123!
124! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
125! non-optimized version of prognostic_equations removed
126!
127! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
128! +call of prognostic_equations_acc
129!
130! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
131! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
132!
133! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
134! advec_particles renamed lpm, first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
135!
136! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
137! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
138!
139! Revision 1.1  1997/08/11 06:19:04  raasch
140! Initial revision
141!
142!
143! Description:
144! ------------
145! Integration in time of the model equations, statistical analysis and graphic
146! output
147!------------------------------------------------------------------------------!
148
149    USE advec_ws,                                                              &
150        ONLY:  ws_statistics
151
152    USE arrays_3d,                                                             &
153        ONLY:  diss, dzu, e_p, nr_p, prho, pt, pt_p, pt_init, q_init, q, ql,   &
154               ql_c, ql_v, ql_vp, qr_p, q_p, ref_state, rho, sa_p, tend, u,    &
155               u_p, v, vpt, v_p, w_p
156
157    USE calc_mean_profile_mod,                                                 &
158        ONLY:  calc_mean_profile
159
160    USE control_parameters,                                                    &
161        ONLY:  advected_distance_x, advected_distance_y, average_count_3d,     &
162               average_count_sp, averaging_interval, averaging_interval_pr,    &
163               averaging_interval_sp, bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_pt_t_val,       &
164               bc_q_t_val, call_psolver_at_all_substeps, cloud_droplets,       &
165               cloud_physics, constant_heatflux, create_disturbances, dopr_n,  &
166               constant_diffusion, coupling_mode, coupling_start_time,         &
167               current_timestep_number, disturbance_created,                   &
168               disturbance_energy_limit, dist_range, do_sum, dt_3d,            &
169               dt_averaging_input, dt_averaging_input_pr, dt_coupling,         &
170               dt_data_output_av, dt_disturb, dt_do2d_xy, dt_do2d_xz,          &
171               dt_do2d_yz, dt_do3d, dt_domask,dt_dopts, dt_dopr,               &
172               dt_dopr_listing, dt_dosp, dt_dots, dt_dvrp, dt_run_control,     &
173               end_time, first_call_lpm, galilei_transformation, humidity,     &
174               icloud_scheme, intermediate_timestep_count,                     &
175               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
176               loop_optimization, lsf_surf, lsf_vert, masks, mid,              &
177               netcdf_data_format, neutral, nr_timesteps_this_run, nudging,    &
178               ocean, on_device, passive_scalar, prandtl_layer, precipitation, &
179               prho_reference, pt_reference, pt_slope_offset, random_heatflux, &
180               run_coupled, simulated_time, simulated_time_chr,                &
181               skip_time_do2d_xy, skip_time_do2d_xz, skip_time_do2d_yz,        &
182               skip_time_do3d, skip_time_domask, skip_time_dopr,               &
183               skip_time_dosp, skip_time_data_output_av, sloping_surface,      &
184               stop_dt, terminate_coupled, terminate_run, timestep_scheme,     &
185               time_coupling, time_do2d_xy, time_do2d_xz, time_do2d_yz,        &
186               time_do3d, time_domask, time_dopr, time_dopr_av,                &
187               time_dopr_listing, time_dopts, time_dosp, time_dosp_av,         &
188               time_dots, time_do_av, time_do_sla, time_disturb, time_dvrp,    &
189               time_run_control, time_since_reference_point,                   &
190               turbulence,                                                     &
191               turbulent_inflow, use_initial_profile_as_reference,             &
192               use_single_reference_value, u_gtrans, v_gtrans, ws_scheme_mom,  &
193               ws_scheme_sca
194
195    USE cpulog,                                                                &
196        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
197
198    USE indices,                                                               &
199        ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr,    &
200               nxrg, nyn, nys, nzb, nzt, nzb_u_inner, nzb_v_inner
201
202    USE interaction_droplets_ptq_mod,                                          &
203        ONLY:  interaction_droplets_ptq
204
205    USE kinds
206
207    USE land_surface_model_mod,                                                &
208        ONLY:  land_surface, lsm_energy_balance, lsm_soil_model
209
210    USE ls_forcing_mod,                                                        &
211        ONLY:  ls_forcing_surf, ls_forcing_vert
212
213    USE nudge_mod,                                                             &
214        ONLY:  calc_tnudge, nudge_ref
215
216    USE particle_attributes,                                                   &
217        ONLY:  particle_advection, particle_advection_start,                   &
218               use_sgs_for_particles, wang_kernel
219
220    USE pegrid
221
222    USE production_e_mod,                                                      &
223        ONLY:  production_e_init
224
225    USE progress_bar,                                                          &
226        ONLY:  finish_progress_bar, output_progress_bar
227
228    USE prognostic_equations_mod,                                              &
229        ONLY:  prognostic_equations_acc, prognostic_equations_cache,           &
230               prognostic_equations_vector
231
232    USE radiation_model_mod,                                                   &
233        ONLY: dt_radiation, radiation, radiation_clearsky,                     &
234              radiation_rrtmg, radiation_scheme, time_radiation
235
236    USE statistics,                                                            &
237        ONLY:  flow_statistics_called, hom, pr_palm, sums_ls_l
238
239    USE user_actions_mod,                                                      &
240        ONLY:  user_actions
241
242    IMPLICIT NONE
243
244    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string          !:
245
246    INTEGER(iwp)      ::  netcdf_data_format_save !:
247
248!
249!-- At the beginning of a simulation determine the time step as well as
250!-- determine and print out the run control parameters
251    IF ( simulated_time == 0.0_wp )  CALL timestep
252
253    CALL run_control
254
255
256!
257!-- Data exchange between coupled models in case that a call has been omitted
258!-- at the end of the previous run of a job chain.
259    IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
260!
261!--    In case of model termination initiated by the local model the coupler
262!--    must not be called because this would again cause an MPI hang.
263       DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
264          CALL surface_coupler
265          time_coupling = time_coupling - dt_coupling
266       ENDDO
267       IF (time_coupling == 0.0_wp .AND. time_since_reference_point < dt_coupling)&
268       THEN
269          time_coupling = time_since_reference_point
270       ENDIF
271    ENDIF
272
273
274#if defined( __dvrp_graphics )
275!
276!-- Time measurement with dvrp software 
277    CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
278#endif
279
280    CALL location_message( 'start with time-stepping', .TRUE. )
281!
282!-- Start of the time loop
283    DO  WHILE ( simulated_time < end_time  .AND.  .NOT. stop_dt  .AND. &
284                .NOT. terminate_run )
285
286       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'start' )
287
288!
289!--    Determine size of next time step
290       IF ( simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
291          CALL timestep
292       ENDIF
293
294!
295!--    Determine ug, vg and w_subs in dependence on data from external file
296!--    LSF_DATA
297       IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_vert )  THEN
298           CALL ls_forcing_vert ( simulated_time )
299           sums_ls_l = 0.0_wp
300       ENDIF
301
302!
303!--    Set pt_init and q_init to the current profiles taken from
304!--    NUDGING_DATA
305       IF ( nudging )  THEN
306           CALL nudge_ref ( simulated_time )
307!
308!--        Store temperature gradient at the top boundary for possible Neumann
309!--        boundary condition
310           bc_pt_t_val = ( pt_init(nzt+1) - pt_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
311           bc_q_t_val  = ( q_init(nzt+1) - q_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
312       ENDIF
313
314!
315!--    Execute the user-defined actions
316       CALL user_actions( 'before_timestep' )
317
318!
319!--    Start of intermediate step loop
320       intermediate_timestep_count = 0
321       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < &
322                   intermediate_timestep_count_max )
323
324          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
325
326!
327!--       Set the steering factors for the prognostic equations which depend
328!--       on the timestep scheme
329          CALL timestep_scheme_steering
330
331!
332!--       Calculate those variables needed in the tendency terms which need
333!--       global communication
334          IF ( .NOT. use_single_reference_value  .AND. &
335               .NOT. use_initial_profile_as_reference )  THEN
336!
337!--          Horizontally averaged profiles to be used as reference state in
338!--          buoyancy terms (WARNING: only the respective last call of
339!--          calc_mean_profile defines the reference state!)
340             IF ( .NOT. neutral )  THEN
341                CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
342                ref_state(:)  = hom(:,1,4,0) ! this is used in the buoyancy term
343             ENDIF
344             IF ( ocean )  THEN
345                CALL calc_mean_profile( rho, 64 )
346                ref_state(:)  = hom(:,1,64,0)
347             ENDIF
348             IF ( humidity )  THEN
349                CALL calc_mean_profile( vpt, 44 )
350                ref_state(:)  = hom(:,1,44,0)
351             ENDIF
352
353          ENDIF
354
355          IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL production_e_init
356          IF ( ( ws_scheme_mom .OR. ws_scheme_sca )  .AND.  &
357               intermediate_timestep_count == 1 )  CALL ws_statistics
358!
359!--       In case of nudging calculate current nudging time scale and horizontal
360!--       means of u, v, pt and q
361          IF ( nudging )  THEN
362             CALL calc_tnudge( simulated_time )
363             CALL calc_mean_profile( u, 1 )
364             CALL calc_mean_profile( v, 2 )
365             CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
366             CALL calc_mean_profile( q, 41 )
367          ENDIF
368
369          IF ( radiation .AND. intermediate_timestep_count                     &
370               == intermediate_timestep_count_max  )  THEN
371
372               time_radiation = time_radiation + dt_3d
373
374             IF ( time_radiation >= dt_radiation )  THEN
375
376                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'start' )
377
378                time_radiation = time_radiation - dt_radiation
379                IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
380                   CALL radiation_clearsky
381                ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
382                   CALL radiation_rrtmg
383                ENDIF
384
385                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'stop' )
386             ENDIF
387          ENDIF
388!
389!--       Solve the prognostic equations. A fast cache optimized version with
390!--       only one single loop is used in case of Piascek-Williams advection
391!--       scheme. NEC vector machines use a different version, because
392!--       in the other versions a good vectorization is prohibited due to
393!--       inlining problems.
394          IF ( loop_optimization == 'cache' )  THEN
395             CALL prognostic_equations_cache
396          ELSEIF ( loop_optimization == 'vector' )  THEN
397             CALL prognostic_equations_vector
398          ELSEIF ( loop_optimization == 'acc' )  THEN
399             i_left  = nxl;         i_right = nxr
400             j_south = nys;         j_north = nyn
401             CALL prognostic_equations_acc
402
403!             i_left  = nxl;         i_right = nxl+nbgp-1
404!             j_south = nys;         j_north = nyn
405!             CALL prognostic_equations_acc
406!             i_left  = nxr-nbgp+1;  i_right = nxr
407!             j_south = nys;         j_north = nyn
408!             CALL prognostic_equations_acc
409
410!
411!--          Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
412             IF ( background_communication )  THEN
413
414                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
415               
416                send_receive = 'lr'
417                sendrecv_in_background = .TRUE.
418                req          = 0
419                req_count    = 0
420
421                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
422                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
423                ELSE                          ! of ghost point exchange
424                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
425                ENDIF
426
427                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
428                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
429                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
430                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
431                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
432                IF ( ocean )  THEN
433                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
434                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
435                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
436                ENDIF
437                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
438                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
439                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
440                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
441                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
442                   ENDIF
443                ENDIF
444                IF ( cloud_droplets )  THEN
445                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
446                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
447                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
448                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
449                ENDIF
450                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
451                THEN
452                   CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
453                ENDIF
454
455                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
456                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
457                ELSE                          ! of ghost point exchange
458                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
459                ENDIF
460
461                sendrecv_in_background = .FALSE.
462
463                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'pause' )
464
465             ENDIF
466
467!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
468!             j_south = nys;         j_north = nys+nbgp-1
469!             CALL prognostic_equations_acc
470!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
471!             j_south = nyn-nbgp+1;  j_north = nyn
472!             CALL prognostic_equations_acc
473
474             IF ( background_communication )  THEN
475                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'start' )
476#if defined( __parallel )
477                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
478#endif
479                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'pause' )
480
481                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'continue' )
482
483                send_receive = 'ns'
484                sendrecv_in_background = .TRUE.
485                req          = 0
486                req_count    = 0
487
488                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
489                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
490                ELSE                          ! of ghost point exchange
491                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
492                ENDIF
493
494                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
495                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
496                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
497                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
498                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
499                IF ( ocean )  THEN
500                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
501                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
502                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
503                ENDIF
504                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
505                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
506                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
507                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
508                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
509                   ENDIF
510                ENDIF
511                IF ( cloud_droplets )  THEN
512                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
513                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
514                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
515                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
516                ENDIF
517                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
518                THEN
519                   CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
520                ENDIF
521
522                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
523                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
524                ELSE                          ! of ghost point exchange
525                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
526                ENDIF
527
528                sendrecv_in_background = .FALSE.
529
530                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
531
532             ENDIF
533
534!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
535!             j_south = nys+nbgp;    j_north = nyn-nbgp
536!             CALL prognostic_equations_acc
537
538             IF ( background_communication )  THEN
539                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'continue' )
540#if defined( __parallel )
541                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
542#endif
543                send_receive = 'al'
544                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'stop' )
545             ENDIF
546
547          ENDIF
548
549!
550!--       Particle transport/physics with the Lagrangian particle model
551!--       (only once during intermediate steps, because it uses an Euler-step)
552!--       ### particle model should be moved before prognostic_equations, in order
553!--       to regard droplet interactions directly
554          IF ( particle_advection  .AND.                         &
555               simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
556               intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
557             CALL lpm
558             first_call_lpm = .FALSE.
559          ENDIF
560
561!
562!--       Interaction of droplets with temperature and specific humidity.
563!--       Droplet condensation and evaporation is calculated within
564!--       advec_particles.
565          IF ( cloud_droplets  .AND.  &
566               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
567          THEN
568             CALL interaction_droplets_ptq
569          ENDIF
570
571!
572!--       Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
573          IF ( .NOT. background_communication )  THEN
574
575             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
576
577             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
578                on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
579             ELSE                          ! of ghost point exchange
580                !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
581             ENDIF
582
583             CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
584             CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
585             CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
586             CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
587             IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
588             IF ( ocean )  THEN
589                CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
590                CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
591                CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
592             ENDIF
593             IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
594                CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
595                IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0  .AND.  &
596                     precipitation )  THEN
597                   CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
598                   CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
599                ENDIF
600             ENDIF
601             IF ( cloud_droplets )  THEN
602                CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
603                CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
604                CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
605                CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
606             ENDIF
607             IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
608             THEN
609                CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
610             ENDIF
611
612             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
613                on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
614             ELSE                          ! of ghost point exchange
615                !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
616             ENDIF
617
618             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
619
620          ENDIF
621
622!
623!--       Boundary conditions for the prognostic quantities (except of the
624!--       velocities at the outflow in case of a non-cyclic lateral wall)
625          CALL boundary_conds
626
627!
628!--       When using the land surface model:
629!--       1) solve energy balance equation to calculate new skin temperature
630!--       2) run soil model
631          IF ( land_surface )  THEN
632
633             CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'start' )
634
635             CALL lsm_energy_balance
636             CALL lsm_soil_model
637
638             CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'stop' )
639
640          ENDIF
641
642!
643!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
644          CALL swap_timelevel
645
646!
647!--       Temperature offset must be imposed at cyclic boundaries in x-direction
648!--       when a sloping surface is used
649          IF ( sloping_surface )  THEN
650             IF ( nxl ==  0 )  pt(:,:,nxlg:nxl-1) = pt(:,:,nxlg:nxl-1) - &
651                                                    pt_slope_offset
652             IF ( nxr == nx )  pt(:,:,nxr+1:nxrg) = pt(:,:,nxr+1:nxrg) + &
653                                                    pt_slope_offset
654          ENDIF
655
656!
657!--       Impose a turbulent inflow using the recycling method
658          IF ( turbulent_inflow )  CALL  inflow_turbulence
659
660!
661!--       Impose a random perturbation on the horizontal velocity field
662          IF ( create_disturbances  .AND.                                      &
663               ( call_psolver_at_all_substeps  .AND.                           &
664               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
665          .OR. ( .NOT. call_psolver_at_all_substeps  .AND.                     &
666               intermediate_timestep_count == 1 ) )                            &
667          THEN
668             time_disturb = time_disturb + dt_3d
669             IF ( time_disturb >= dt_disturb )  THEN
670                !$acc update host( u, v )
671                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .FALSE.  ! workaround, remove later
672                IF ( hom(nzb+5,1,pr_palm,0) < disturbance_energy_limit )  THEN
673                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
674                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
675                ELSEIF ( .NOT. bc_lr_cyc  .OR.  .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
676!
677!--                Runs with a non-cyclic lateral wall need perturbations
678!--                near the inflow throughout the whole simulation
679                   dist_range = 1
680                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
681                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
682                   dist_range = 0
683                ENDIF
684                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .TRUE.  ! workaround, remove later
685                !$acc update device( u, v )
686                time_disturb = time_disturb - dt_disturb
687             ENDIF
688          ENDIF
689
690!
691!--       Reduce the velocity divergence via the equation for perturbation
692!--       pressure.
693          IF ( intermediate_timestep_count == 1  .OR. &
694                call_psolver_at_all_substeps )  THEN
695             CALL pres
696          ENDIF
697
698!
699!--       If required, compute liquid water content
700          IF ( cloud_physics )  THEN
701             CALL calc_liquid_water_content
702             !$acc update device( ql )
703          ENDIF
704!
705!--       If required, compute virtual potential temperature
706          IF ( humidity )  THEN
707             CALL compute_vpt
708             !$acc update device( vpt )
709          ENDIF
710
711!
712!--       Compute the diffusion quantities
713          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
714
715!
716!--          Determine surface fluxes shf and qsws and surface values
717!--          pt_surface and q_surface in dependence on data from external
718!--          file LSF_DATA respectively
719             IF ( ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) .AND. &
720                 intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
721             THEN
722                CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
723             ENDIF
724
725!
726!--          First the vertical fluxes in the Prandtl layer are being computed
727             IF ( prandtl_layer )  THEN
728                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'start' )
729                CALL prandtl_fluxes
730                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'stop' )
731             ENDIF
732
733!
734!--          Compute the diffusion coefficients
735             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'start' )
736             IF ( .NOT. humidity ) THEN
737                IF ( ocean )  THEN
738                   CALL diffusivities( prho, prho_reference )
739                ELSE
740                   CALL diffusivities( pt, pt_reference )
741                ENDIF
742             ELSE
743                CALL diffusivities( vpt, pt_reference )
744             ENDIF
745             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'stop' )
746
747          ENDIF
748
749       ENDDO   ! Intermediate step loop
750
751!
752!--    Increase simulation time and output times
753       nr_timesteps_this_run      = nr_timesteps_this_run + 1
754       current_timestep_number    = current_timestep_number + 1
755       simulated_time             = simulated_time   + dt_3d
756       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time )
757       time_since_reference_point = simulated_time - coupling_start_time
758
759       IF ( simulated_time >= skip_time_data_output_av )  THEN
760          time_do_av         = time_do_av       + dt_3d
761       ENDIF
762       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xy )  THEN
763          time_do2d_xy       = time_do2d_xy     + dt_3d
764       ENDIF
765       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xz )  THEN
766          time_do2d_xz       = time_do2d_xz     + dt_3d
767       ENDIF
768       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_yz )  THEN
769          time_do2d_yz       = time_do2d_yz     + dt_3d
770       ENDIF
771       IF ( simulated_time >= skip_time_do3d    )  THEN
772          time_do3d          = time_do3d        + dt_3d
773       ENDIF
774       DO  mid = 1, masks
775          IF ( simulated_time >= skip_time_domask(mid) )  THEN
776             time_domask(mid)= time_domask(mid) + dt_3d
777          ENDIF
778       ENDDO
779       time_dvrp          = time_dvrp        + dt_3d
780       IF ( simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
781          time_dosp       = time_dosp        + dt_3d
782       ENDIF
783       time_dots          = time_dots        + dt_3d
784       IF ( .NOT. first_call_lpm )  THEN
785          time_dopts      = time_dopts       + dt_3d
786       ENDIF
787       IF ( simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
788          time_dopr       = time_dopr        + dt_3d
789       ENDIF
790       time_dopr_listing          = time_dopr_listing        + dt_3d
791       time_run_control   = time_run_control + dt_3d
792
793!
794!--    Data exchange between coupled models
795       IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
796          time_coupling = time_coupling + dt_3d
797
798!
799!--       In case of model termination initiated by the local model
800!--       (terminate_coupled > 0), the coupler must be skipped because it would
801!--       cause an MPI intercomminucation hang.
802!--       If necessary, the coupler will be called at the beginning of the
803!--       next restart run.
804          DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
805             CALL surface_coupler
806             time_coupling = time_coupling - dt_coupling
807          ENDDO
808       ENDIF
809
810!
811!--    Execute user-defined actions
812       CALL user_actions( 'after_integration' )
813
814!
815!--    If Galilei transformation is used, determine the distance that the
816!--    model has moved so far
817       IF ( galilei_transformation )  THEN
818          advected_distance_x = advected_distance_x + u_gtrans * dt_3d
819          advected_distance_y = advected_distance_y + v_gtrans * dt_3d
820       ENDIF
821
822!
823!--    Check, if restart is necessary (because cpu-time is expiring or
824!--    because it is forced by user) and set stop flag
825!--    This call is skipped if the remote model has already initiated a restart.
826       IF ( .NOT. terminate_run )  CALL check_for_restart
827
828!
829!--    Carry out statistical analysis and output at the requested output times.
830!--    The MOD function is used for calculating the output time counters (like
831!--    time_dopr) in order to regard a possible decrease of the output time
832!--    interval in case of restart runs
833
834!
835!--    Set a flag indicating that so far no statistics have been created
836!--    for this time step
837       flow_statistics_called = .FALSE.
838
839!
840!--    If required, call flow_statistics for averaging in time
841       IF ( averaging_interval_pr /= 0.0_wp  .AND.  &
842            ( dt_dopr - time_dopr ) <= averaging_interval_pr  .AND.  &
843            simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
844          time_dopr_av = time_dopr_av + dt_3d
845          IF ( time_dopr_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
846             do_sum = .TRUE.
847             time_dopr_av = MOD( time_dopr_av, &
848                                    MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
849          ENDIF
850       ENDIF
851       IF ( do_sum )  CALL flow_statistics
852
853!
854!--    Sum-up 3d-arrays for later output of time-averaged 2d/3d/masked data
855       IF ( averaging_interval /= 0.0_wp  .AND.                                &
856            ( dt_data_output_av - time_do_av ) <= averaging_interval  .AND. &
857            simulated_time >= skip_time_data_output_av )                    &
858       THEN
859          time_do_sla = time_do_sla + dt_3d
860          IF ( time_do_sla >= dt_averaging_input )  THEN
861             CALL sum_up_3d_data
862             average_count_3d = average_count_3d + 1
863             time_do_sla = MOD( time_do_sla, MAX( dt_averaging_input, dt_3d ) )
864          ENDIF
865       ENDIF
866
867!
868!--    Calculate spectra for time averaging
869       IF ( averaging_interval_sp /= 0.0_wp  .AND.  &
870            ( dt_dosp - time_dosp ) <= averaging_interval_sp  .AND.  &
871            simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
872          time_dosp_av = time_dosp_av + dt_3d
873          IF ( time_dosp_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
874             CALL calc_spectra
875             time_dosp_av = MOD( time_dosp_av, &
876                                 MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
877          ENDIF
878       ENDIF
879
880!
881!--    Computation and output of run control parameters.
882!--    This is also done whenever perturbations have been imposed
883       IF ( time_run_control >= dt_run_control  .OR.                     &
884            timestep_scheme(1:5) /= 'runge'  .OR.  disturbance_created ) &
885       THEN
886          CALL run_control
887          IF ( time_run_control >= dt_run_control )  THEN
888             time_run_control = MOD( time_run_control, &
889                                     MAX( dt_run_control, dt_3d ) )
890          ENDIF
891       ENDIF
892
893!
894!--    Profile output (ASCII) on file
895       IF ( time_dopr_listing >= dt_dopr_listing )  THEN
896          CALL print_1d
897          time_dopr_listing = MOD( time_dopr_listing, MAX( dt_dopr_listing, &
898                                                           dt_3d ) )
899       ENDIF
900
901!
902!--    Graphic output for PROFIL
903       IF ( time_dopr >= dt_dopr )  THEN
904          IF ( dopr_n /= 0 )  CALL data_output_profiles
905          time_dopr = MOD( time_dopr, MAX( dt_dopr, dt_3d ) )
906          time_dopr_av = 0.0_wp    ! due to averaging (see above)
907       ENDIF
908
909!
910!--    Graphic output for time series
911       IF ( time_dots >= dt_dots )  THEN
912          CALL data_output_tseries
913          time_dots = MOD( time_dots, MAX( dt_dots, dt_3d ) )
914       ENDIF
915
916!
917!--    Output of spectra (formatted for use with PROFIL), in case of no
918!--    time averaging, spectra has to be calculated before
919       IF ( time_dosp >= dt_dosp )  THEN
920          IF ( average_count_sp == 0 )  CALL calc_spectra
921          CALL data_output_spectra
922          time_dosp = MOD( time_dosp, MAX( dt_dosp, dt_3d ) )
923       ENDIF
924
925!
926!--    2d-data output (cross-sections)
927       IF ( time_do2d_xy >= dt_do2d_xy )  THEN
928          CALL data_output_2d( 'xy', 0 )
929          time_do2d_xy = MOD( time_do2d_xy, MAX( dt_do2d_xy, dt_3d ) )
930       ENDIF
931       IF ( time_do2d_xz >= dt_do2d_xz )  THEN
932          CALL data_output_2d( 'xz', 0 )
933          time_do2d_xz = MOD( time_do2d_xz, MAX( dt_do2d_xz, dt_3d ) )
934       ENDIF
935       IF ( time_do2d_yz >= dt_do2d_yz )  THEN
936          CALL data_output_2d( 'yz', 0 )
937          time_do2d_yz = MOD( time_do2d_yz, MAX( dt_do2d_yz, dt_3d ) )
938       ENDIF
939
940!
941!--    3d-data output (volume data)
942       IF ( time_do3d >= dt_do3d )  THEN
943          CALL data_output_3d( 0 )
944          time_do3d = MOD( time_do3d, MAX( dt_do3d, dt_3d ) )
945       ENDIF
946
947!
948!--    masked data output
949!--    Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
950!--    netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
951       netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
952       IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
953       IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
954       DO  mid = 1, masks
955          IF ( time_domask(mid) >= dt_domask(mid) )  THEN
956             CALL data_output_mask( 0 )
957             time_domask(mid) = MOD( time_domask(mid),  &
958                                     MAX( dt_domask(mid), dt_3d ) )
959          ENDIF
960       ENDDO
961       netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
962
963!
964!--    Output of time-averaged 2d/3d/masked data
965       IF ( time_do_av >= dt_data_output_av )  THEN
966          CALL average_3d_data
967          CALL data_output_2d( 'xy', 1 )
968          CALL data_output_2d( 'xz', 1 )
969          CALL data_output_2d( 'yz', 1 )
970          CALL data_output_3d( 1 )
971!--       Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
972!--       netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
973          netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
974          IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
975          IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
976          DO  mid = 1, masks
977             CALL data_output_mask( 1 )
978          ENDDO
979          netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
980          time_do_av = MOD( time_do_av, MAX( dt_data_output_av, dt_3d ) )
981       ENDIF
982
983!
984!--    Output of particle time series
985       IF ( particle_advection )  THEN
986          IF ( time_dopts >= dt_dopts  .OR. &
987               ( simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
988                 first_call_lpm ) )  THEN
989             CALL data_output_ptseries
990             time_dopts = MOD( time_dopts, MAX( dt_dopts, dt_3d ) )
991          ENDIF
992       ENDIF
993
994!
995!--    Output of dvrp-graphics (isosurface, particles, slicer)
996#if defined( __dvrp_graphics )
997       CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number-1 )
998#endif
999       IF ( time_dvrp >= dt_dvrp )  THEN
1000          CALL data_output_dvrp
1001          time_dvrp = MOD( time_dvrp, MAX( dt_dvrp, dt_3d ) )
1002       ENDIF
1003#if defined( __dvrp_graphics )
1004       CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
1005#endif
1006
1007!
1008!--    If required, set the heat flux for the next time step at a random value
1009       IF ( constant_heatflux  .AND.  random_heatflux )  CALL disturb_heatflux
1010
1011!
1012!--    Execute user-defined actions
1013       CALL user_actions( 'after_timestep' )
1014
1015!
1016!--    Output elapsed simulated time in form of a progress bar on stdout
1017       IF ( myid == 0 )  CALL output_progress_bar
1018
1019       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'stop' )
1020
1021
1022    ENDDO   ! time loop
1023
1024    IF ( myid == 0 )  CALL finish_progress_bar
1025
1026#if defined( __dvrp_graphics )
1027    CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number )
1028#endif
1029
1030    CALL location_message( 'finished time-stepping', .TRUE. )
1031
1032 END SUBROUTINE time_integration
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.