source: palm/trunk/SOURCE/time_integration.f90 @ 1682

Last change on this file since 1682 was 1682, checked in by knoop, 9 years ago

Code annotations made doxygen readable

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 40.1 KB
Line 
1!> @file time_integration.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! ------------------
21! Code annotations made doxygen readable
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: time_integration.f90 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop $
26!
27! 1671 2015-09-25 03:29:37Z raasch
28! bugfix: ghostpoint exchange for array diss in case that sgs velocities are used
29! for particles
30!
31! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
32! Moved call of radiation scheme. Added support for RRTM
33!
34! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
35! Added interface for different radiation schemes.
36!
37! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
38! Added calls for the land surface model and radiation scheme
39!
40! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
41! location messages modified
42!
43! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
44! location messages added
45!
46! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
47! CALL of nudge_ref added
48! bc_pt_t_val and bc_q_t_val are updated in case nudging is used
49!
50! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
51! Reset sums_ls_l to zero at each timestep
52! +sums_ls_l
53! Calculation of reference state (previously in subroutine calc_mean_profile)
54
55! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
56! REAL constants defined as wp-kind
57!
58! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
59! ONLY-attribute added to USE-statements,
60! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
61! kinds are defined in new module kinds,
62! old module precision_kind is removed,
63! revision history before 2012 removed,
64! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
65! all variable declaration statements
66! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
67! module interfaces removed
68!
69! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
70! +netcdf_data_format_save
71! For masked data, parallel netcdf output is not tested so far, hence
72! netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
73!
74! 1276 2014-01-15 13:40:41Z heinze
75! Use LSF_DATA also in case of Dirichlet bottom boundary condition for scalars
76!
77! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
78! acc-update-host directive for timestep removed
79!
80! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
81! Generalize calc_mean_profile for wider use
82! Determine shf and qsws in dependence on data from LSF_DATA
83! Determine ug and vg in dependence on data from LSF_DATA
84! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
85! host update of arrays before timestep is called
86!
87! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
88! mean profiles for reference state are only calculated if required,
89! small bugfix for background communication
90!
91! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
92! split of prognostic_equations deactivated (comment lines), for the time being
93!
94! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
95! asynchronous transfer of ghost point data realized for acc-optimized version:
96! prognostic_equations are first called two times for those points required for
97! the left-right and north-south exchange, respectively, and then for the
98! remaining points,
99! those parts requiring global communication moved from prognostic_equations to
100! here
101!
102! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
103! calculation of qr and nr is restricted to precipitation
104!
105! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
106! GPU-porting of boundary conditions,
107! openACC directives updated
108! formal parameter removed from routine boundary_conds
109!
110! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
111! +internal timestep counter for cpu statistics added,
112! openACC directives updated
113!
114! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
115! unused variables removed
116!
117! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
118! exchange of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
119!
120! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
121! exchange of ghost points for nr, qr added
122!
123! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
124! code put under GPL (PALM 3.9)
125!
126! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
127! non-optimized version of prognostic_equations removed
128!
129! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
130! +call of prognostic_equations_acc
131!
132! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
133! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
134!
135! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
136! advec_particles renamed lpm, first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
137!
138! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
139! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
140!
141! Revision 1.1  1997/08/11 06:19:04  raasch
142! Initial revision
143!
144!
145! Description:
146! ------------
147!> Integration in time of the model equations, statistical analysis and graphic
148!> output
149!------------------------------------------------------------------------------!
150 SUBROUTINE time_integration
151 
152
153    USE advec_ws,                                                              &
154        ONLY:  ws_statistics
155
156    USE arrays_3d,                                                             &
157        ONLY:  diss, dzu, e_p, nr_p, prho, pt, pt_p, pt_init, q_init, q, ql,   &
158               ql_c, ql_v, ql_vp, qr_p, q_p, ref_state, rho, sa_p, tend, u,    &
159               u_p, v, vpt, v_p, w_p
160
161    USE calc_mean_profile_mod,                                                 &
162        ONLY:  calc_mean_profile
163
164    USE control_parameters,                                                    &
165        ONLY:  advected_distance_x, advected_distance_y, average_count_3d,     &
166               average_count_sp, averaging_interval, averaging_interval_pr,    &
167               averaging_interval_sp, bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_pt_t_val,       &
168               bc_q_t_val, call_psolver_at_all_substeps, cloud_droplets,       &
169               cloud_physics, constant_heatflux, create_disturbances, dopr_n,  &
170               constant_diffusion, coupling_mode, coupling_start_time,         &
171               current_timestep_number, disturbance_created,                   &
172               disturbance_energy_limit, dist_range, do_sum, dt_3d,            &
173               dt_averaging_input, dt_averaging_input_pr, dt_coupling,         &
174               dt_data_output_av, dt_disturb, dt_do2d_xy, dt_do2d_xz,          &
175               dt_do2d_yz, dt_do3d, dt_domask,dt_dopts, dt_dopr,               &
176               dt_dopr_listing, dt_dosp, dt_dots, dt_dvrp, dt_run_control,     &
177               end_time, first_call_lpm, galilei_transformation, humidity,     &
178               icloud_scheme, intermediate_timestep_count,                     &
179               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
180               loop_optimization, lsf_surf, lsf_vert, masks, mid,              &
181               netcdf_data_format, neutral, nr_timesteps_this_run, nudging,    &
182               ocean, on_device, passive_scalar, prandtl_layer, precipitation, &
183               prho_reference, pt_reference, pt_slope_offset, random_heatflux, &
184               run_coupled, simulated_time, simulated_time_chr,                &
185               skip_time_do2d_xy, skip_time_do2d_xz, skip_time_do2d_yz,        &
186               skip_time_do3d, skip_time_domask, skip_time_dopr,               &
187               skip_time_dosp, skip_time_data_output_av, sloping_surface,      &
188               stop_dt, terminate_coupled, terminate_run, timestep_scheme,     &
189               time_coupling, time_do2d_xy, time_do2d_xz, time_do2d_yz,        &
190               time_do3d, time_domask, time_dopr, time_dopr_av,                &
191               time_dopr_listing, time_dopts, time_dosp, time_dosp_av,         &
192               time_dots, time_do_av, time_do_sla, time_disturb, time_dvrp,    &
193               time_run_control, time_since_reference_point,                   &
194               turbulence,                                                     &
195               turbulent_inflow, use_initial_profile_as_reference,             &
196               use_single_reference_value, u_gtrans, v_gtrans, ws_scheme_mom,  &
197               ws_scheme_sca
198
199    USE cpulog,                                                                &
200        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
201
202    USE indices,                                                               &
203        ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr,    &
204               nxrg, nyn, nys, nzb, nzt, nzb_u_inner, nzb_v_inner 
205
206    USE interaction_droplets_ptq_mod,                                          &
207        ONLY:  interaction_droplets_ptq
208
209    USE kinds
210
211    USE land_surface_model_mod,                                                &
212        ONLY:  land_surface, lsm_energy_balance, lsm_soil_model
213
214    USE ls_forcing_mod,                                                        &
215        ONLY:  ls_forcing_surf, ls_forcing_vert
216
217    USE nudge_mod,                                                             &
218        ONLY:  calc_tnudge, nudge_ref
219
220    USE particle_attributes,                                                   &
221        ONLY:  particle_advection, particle_advection_start,                   &
222               use_sgs_for_particles, wang_kernel
223
224    USE pegrid
225
226    USE production_e_mod,                                                      &
227        ONLY:  production_e_init
228
229    USE progress_bar,                                                          &
230        ONLY:  finish_progress_bar, output_progress_bar
231
232    USE prognostic_equations_mod,                                              &
233        ONLY:  prognostic_equations_acc, prognostic_equations_cache,           &
234               prognostic_equations_vector
235
236    USE radiation_model_mod,                                                   &
237        ONLY: dt_radiation, radiation, radiation_clearsky,                     &
238              radiation_rrtmg, radiation_scheme, time_radiation
239
240    USE statistics,                                                            &
241        ONLY:  flow_statistics_called, hom, pr_palm, sums_ls_l
242
243    USE user_actions_mod,                                                      &
244        ONLY:  user_actions
245
246    IMPLICIT NONE
247
248    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string          !<
249
250    INTEGER(iwp)      ::  netcdf_data_format_save !<
251
252!
253!-- At the beginning of a simulation determine the time step as well as
254!-- determine and print out the run control parameters
255    IF ( simulated_time == 0.0_wp )  CALL timestep
256
257    CALL run_control
258
259
260!
261!-- Data exchange between coupled models in case that a call has been omitted
262!-- at the end of the previous run of a job chain.
263    IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
264!
265!--    In case of model termination initiated by the local model the coupler
266!--    must not be called because this would again cause an MPI hang.
267       DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
268          CALL surface_coupler
269          time_coupling = time_coupling - dt_coupling
270       ENDDO
271       IF (time_coupling == 0.0_wp .AND. time_since_reference_point < dt_coupling)&
272       THEN
273          time_coupling = time_since_reference_point
274       ENDIF
275    ENDIF
276
277
278#if defined( __dvrp_graphics )
279!
280!-- Time measurement with dvrp software 
281    CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
282#endif
283
284    CALL location_message( 'start with time-stepping', .TRUE. )
285!
286!-- Start of the time loop
287    DO  WHILE ( simulated_time < end_time  .AND.  .NOT. stop_dt  .AND. &
288                .NOT. terminate_run )
289
290       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'start' )
291
292!
293!--    Determine size of next time step
294       IF ( simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
295          CALL timestep
296       ENDIF
297
298!
299!--    Determine ug, vg and w_subs in dependence on data from external file
300!--    LSF_DATA
301       IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_vert )  THEN
302           CALL ls_forcing_vert ( simulated_time )
303           sums_ls_l = 0.0_wp
304       ENDIF
305
306!
307!--    Set pt_init and q_init to the current profiles taken from
308!--    NUDGING_DATA
309       IF ( nudging )  THEN
310           CALL nudge_ref ( simulated_time )
311!
312!--        Store temperature gradient at the top boundary for possible Neumann
313!--        boundary condition
314           bc_pt_t_val = ( pt_init(nzt+1) - pt_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
315           bc_q_t_val  = ( q_init(nzt+1) - q_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
316       ENDIF
317
318!
319!--    Execute the user-defined actions
320       CALL user_actions( 'before_timestep' )
321
322!
323!--    Start of intermediate step loop
324       intermediate_timestep_count = 0
325       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < &
326                   intermediate_timestep_count_max )
327
328          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
329
330!
331!--       Set the steering factors for the prognostic equations which depend
332!--       on the timestep scheme
333          CALL timestep_scheme_steering
334
335!
336!--       Calculate those variables needed in the tendency terms which need
337!--       global communication
338          IF ( .NOT. use_single_reference_value  .AND. &
339               .NOT. use_initial_profile_as_reference )  THEN
340!
341!--          Horizontally averaged profiles to be used as reference state in
342!--          buoyancy terms (WARNING: only the respective last call of
343!--          calc_mean_profile defines the reference state!)
344             IF ( .NOT. neutral )  THEN
345                CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
346                ref_state(:)  = hom(:,1,4,0) ! this is used in the buoyancy term
347             ENDIF
348             IF ( ocean )  THEN
349                CALL calc_mean_profile( rho, 64 )
350                ref_state(:)  = hom(:,1,64,0)
351             ENDIF
352             IF ( humidity )  THEN
353                CALL calc_mean_profile( vpt, 44 )
354                ref_state(:)  = hom(:,1,44,0)
355             ENDIF
356
357          ENDIF
358
359          IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL production_e_init
360          IF ( ( ws_scheme_mom .OR. ws_scheme_sca )  .AND.  &
361               intermediate_timestep_count == 1 )  CALL ws_statistics
362!
363!--       In case of nudging calculate current nudging time scale and horizontal
364!--       means of u, v, pt and q
365          IF ( nudging )  THEN
366             CALL calc_tnudge( simulated_time )
367             CALL calc_mean_profile( u, 1 )
368             CALL calc_mean_profile( v, 2 )
369             CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
370             CALL calc_mean_profile( q, 41 )
371          ENDIF
372
373          IF ( radiation .AND. intermediate_timestep_count                     &
374               == intermediate_timestep_count_max  )  THEN
375
376               time_radiation = time_radiation + dt_3d
377
378             IF ( time_radiation >= dt_radiation )  THEN
379
380                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'start' )
381
382                time_radiation = time_radiation - dt_radiation
383                IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
384                   CALL radiation_clearsky
385                ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
386                   CALL radiation_rrtmg
387                ENDIF
388
389                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'stop' )
390             ENDIF
391          ENDIF
392!
393!--       Solve the prognostic equations. A fast cache optimized version with
394!--       only one single loop is used in case of Piascek-Williams advection
395!--       scheme. NEC vector machines use a different version, because
396!--       in the other versions a good vectorization is prohibited due to
397!--       inlining problems.
398          IF ( loop_optimization == 'cache' )  THEN
399             CALL prognostic_equations_cache
400          ELSEIF ( loop_optimization == 'vector' )  THEN
401             CALL prognostic_equations_vector
402          ELSEIF ( loop_optimization == 'acc' )  THEN
403             i_left  = nxl;         i_right = nxr
404             j_south = nys;         j_north = nyn
405             CALL prognostic_equations_acc
406
407!             i_left  = nxl;         i_right = nxl+nbgp-1
408!             j_south = nys;         j_north = nyn
409!             CALL prognostic_equations_acc
410!             i_left  = nxr-nbgp+1;  i_right = nxr
411!             j_south = nys;         j_north = nyn
412!             CALL prognostic_equations_acc
413
414!
415!--          Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
416             IF ( background_communication )  THEN
417
418                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
419               
420                send_receive = 'lr'
421                sendrecv_in_background = .TRUE.
422                req          = 0
423                req_count    = 0
424
425                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
426                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
427                ELSE                          ! of ghost point exchange
428                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
429                ENDIF
430
431                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
432                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
433                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
434                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
435                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
436                IF ( ocean )  THEN
437                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
438                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
439                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
440                ENDIF
441                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
442                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
443                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
444                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
445                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
446                   ENDIF
447                ENDIF
448                IF ( cloud_droplets )  THEN
449                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
450                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
451                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
452                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
453                ENDIF
454                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
455                THEN
456                   CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
457                ENDIF
458
459                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
460                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
461                ELSE                          ! of ghost point exchange
462                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
463                ENDIF
464
465                sendrecv_in_background = .FALSE.
466
467                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'pause' )
468
469             ENDIF
470
471!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
472!             j_south = nys;         j_north = nys+nbgp-1
473!             CALL prognostic_equations_acc
474!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
475!             j_south = nyn-nbgp+1;  j_north = nyn
476!             CALL prognostic_equations_acc
477
478             IF ( background_communication )  THEN
479                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'start' )
480#if defined( __parallel )
481                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
482#endif
483                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'pause' )
484
485                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'continue' )
486
487                send_receive = 'ns'
488                sendrecv_in_background = .TRUE.
489                req          = 0
490                req_count    = 0
491
492                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
493                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
494                ELSE                          ! of ghost point exchange
495                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
496                ENDIF
497
498                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
499                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
500                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
501                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
502                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
503                IF ( ocean )  THEN
504                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
505                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
506                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
507                ENDIF
508                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
509                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
510                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
511                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
512                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
513                   ENDIF
514                ENDIF
515                IF ( cloud_droplets )  THEN
516                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
517                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
518                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
519                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
520                ENDIF
521                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
522                THEN
523                   CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
524                ENDIF
525
526                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
527                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
528                ELSE                          ! of ghost point exchange
529                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
530                ENDIF
531
532                sendrecv_in_background = .FALSE.
533
534                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
535
536             ENDIF
537
538!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
539!             j_south = nys+nbgp;    j_north = nyn-nbgp
540!             CALL prognostic_equations_acc
541
542             IF ( background_communication )  THEN
543                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'continue' )
544#if defined( __parallel )
545                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
546#endif
547                send_receive = 'al'
548                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'stop' )
549             ENDIF
550
551          ENDIF
552
553!
554!--       Particle transport/physics with the Lagrangian particle model
555!--       (only once during intermediate steps, because it uses an Euler-step)
556!--       ### particle model should be moved before prognostic_equations, in order
557!--       to regard droplet interactions directly
558          IF ( particle_advection  .AND.                         &
559               simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
560               intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
561             CALL lpm
562             first_call_lpm = .FALSE.
563          ENDIF
564
565!
566!--       Interaction of droplets with temperature and specific humidity.
567!--       Droplet condensation and evaporation is calculated within
568!--       advec_particles.
569          IF ( cloud_droplets  .AND.  &
570               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
571          THEN
572             CALL interaction_droplets_ptq
573          ENDIF
574
575!
576!--       Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
577          IF ( .NOT. background_communication )  THEN
578
579             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
580
581             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
582                on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
583             ELSE                          ! of ghost point exchange
584                !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
585             ENDIF
586
587             CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
588             CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
589             CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
590             CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
591             IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
592             IF ( ocean )  THEN
593                CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
594                CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
595                CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
596             ENDIF
597             IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
598                CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
599                IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0  .AND.  &
600                     precipitation )  THEN
601                   CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
602                   CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
603                ENDIF
604             ENDIF
605             IF ( cloud_droplets )  THEN
606                CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
607                CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
608                CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
609                CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
610             ENDIF
611             IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
612             THEN
613                CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
614             ENDIF
615
616             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
617                on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
618             ELSE                          ! of ghost point exchange
619                !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
620             ENDIF
621
622             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
623
624          ENDIF
625
626!
627!--       Boundary conditions for the prognostic quantities (except of the
628!--       velocities at the outflow in case of a non-cyclic lateral wall)
629          CALL boundary_conds
630
631!
632!--       When using the land surface model:
633!--       1) solve energy balance equation to calculate new skin temperature
634!--       2) run soil model
635          IF ( land_surface )  THEN
636
637             CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'start' )
638
639             CALL lsm_energy_balance
640             CALL lsm_soil_model
641
642             CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'stop' )
643
644          ENDIF
645
646!
647!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
648          CALL swap_timelevel
649
650!
651!--       Temperature offset must be imposed at cyclic boundaries in x-direction
652!--       when a sloping surface is used
653          IF ( sloping_surface )  THEN
654             IF ( nxl ==  0 )  pt(:,:,nxlg:nxl-1) = pt(:,:,nxlg:nxl-1) - &
655                                                    pt_slope_offset
656             IF ( nxr == nx )  pt(:,:,nxr+1:nxrg) = pt(:,:,nxr+1:nxrg) + &
657                                                    pt_slope_offset
658          ENDIF
659
660!
661!--       Impose a turbulent inflow using the recycling method
662          IF ( turbulent_inflow )  CALL  inflow_turbulence
663
664!
665!--       Impose a random perturbation on the horizontal velocity field
666          IF ( create_disturbances  .AND.                                      &
667               ( call_psolver_at_all_substeps  .AND.                           &
668               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
669          .OR. ( .NOT. call_psolver_at_all_substeps  .AND.                     &
670               intermediate_timestep_count == 1 ) )                            &
671          THEN
672             time_disturb = time_disturb + dt_3d
673             IF ( time_disturb >= dt_disturb )  THEN
674                !$acc update host( u, v )
675                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .FALSE.  ! workaround, remove later
676                IF ( hom(nzb+5,1,pr_palm,0) < disturbance_energy_limit )  THEN
677                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
678                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
679                ELSEIF ( .NOT. bc_lr_cyc  .OR.  .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
680!
681!--                Runs with a non-cyclic lateral wall need perturbations
682!--                near the inflow throughout the whole simulation
683                   dist_range = 1
684                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
685                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
686                   dist_range = 0
687                ENDIF
688                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .TRUE.  ! workaround, remove later
689                !$acc update device( u, v )
690                time_disturb = time_disturb - dt_disturb
691             ENDIF
692          ENDIF
693
694!
695!--       Reduce the velocity divergence via the equation for perturbation
696!--       pressure.
697          IF ( intermediate_timestep_count == 1  .OR. &
698                call_psolver_at_all_substeps )  THEN
699             CALL pres
700          ENDIF
701
702!
703!--       If required, compute liquid water content
704          IF ( cloud_physics )  THEN
705             CALL calc_liquid_water_content
706             !$acc update device( ql )
707          ENDIF
708!
709!--       If required, compute virtual potential temperature
710          IF ( humidity )  THEN
711             CALL compute_vpt 
712             !$acc update device( vpt )
713          ENDIF 
714
715!
716!--       Compute the diffusion quantities
717          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
718
719!
720!--          Determine surface fluxes shf and qsws and surface values
721!--          pt_surface and q_surface in dependence on data from external
722!--          file LSF_DATA respectively
723             IF ( ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) .AND. &
724                 intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
725             THEN
726                CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
727             ENDIF
728
729!
730!--          First the vertical fluxes in the Prandtl layer are being computed
731             IF ( prandtl_layer )  THEN
732                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'start' )
733                CALL prandtl_fluxes
734                CALL cpu_log( log_point(19), 'prandtl_fluxes', 'stop' )
735             ENDIF
736
737!
738!--          Compute the diffusion coefficients
739             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'start' )
740             IF ( .NOT. humidity ) THEN
741                IF ( ocean )  THEN
742                   CALL diffusivities( prho, prho_reference )
743                ELSE
744                   CALL diffusivities( pt, pt_reference )
745                ENDIF
746             ELSE
747                CALL diffusivities( vpt, pt_reference )
748             ENDIF
749             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'stop' )
750
751          ENDIF
752
753       ENDDO   ! Intermediate step loop
754
755!
756!--    Increase simulation time and output times
757       nr_timesteps_this_run      = nr_timesteps_this_run + 1
758       current_timestep_number    = current_timestep_number + 1
759       simulated_time             = simulated_time   + dt_3d
760       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time )
761       time_since_reference_point = simulated_time - coupling_start_time
762
763       IF ( simulated_time >= skip_time_data_output_av )  THEN
764          time_do_av         = time_do_av       + dt_3d
765       ENDIF
766       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xy )  THEN
767          time_do2d_xy       = time_do2d_xy     + dt_3d
768       ENDIF
769       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xz )  THEN
770          time_do2d_xz       = time_do2d_xz     + dt_3d
771       ENDIF
772       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_yz )  THEN
773          time_do2d_yz       = time_do2d_yz     + dt_3d
774       ENDIF
775       IF ( simulated_time >= skip_time_do3d    )  THEN
776          time_do3d          = time_do3d        + dt_3d
777       ENDIF
778       DO  mid = 1, masks
779          IF ( simulated_time >= skip_time_domask(mid) )  THEN
780             time_domask(mid)= time_domask(mid) + dt_3d
781          ENDIF
782       ENDDO
783       time_dvrp          = time_dvrp        + dt_3d
784       IF ( simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
785          time_dosp       = time_dosp        + dt_3d
786       ENDIF
787       time_dots          = time_dots        + dt_3d
788       IF ( .NOT. first_call_lpm )  THEN
789          time_dopts      = time_dopts       + dt_3d
790       ENDIF
791       IF ( simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
792          time_dopr       = time_dopr        + dt_3d
793       ENDIF
794       time_dopr_listing          = time_dopr_listing        + dt_3d
795       time_run_control   = time_run_control + dt_3d
796
797!
798!--    Data exchange between coupled models
799       IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
800          time_coupling = time_coupling + dt_3d
801
802!
803!--       In case of model termination initiated by the local model
804!--       (terminate_coupled > 0), the coupler must be skipped because it would
805!--       cause an MPI intercomminucation hang.
806!--       If necessary, the coupler will be called at the beginning of the
807!--       next restart run.
808          DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
809             CALL surface_coupler
810             time_coupling = time_coupling - dt_coupling
811          ENDDO
812       ENDIF
813
814!
815!--    Execute user-defined actions
816       CALL user_actions( 'after_integration' )
817
818!
819!--    If Galilei transformation is used, determine the distance that the
820!--    model has moved so far
821       IF ( galilei_transformation )  THEN
822          advected_distance_x = advected_distance_x + u_gtrans * dt_3d
823          advected_distance_y = advected_distance_y + v_gtrans * dt_3d
824       ENDIF
825
826!
827!--    Check, if restart is necessary (because cpu-time is expiring or
828!--    because it is forced by user) and set stop flag
829!--    This call is skipped if the remote model has already initiated a restart.
830       IF ( .NOT. terminate_run )  CALL check_for_restart
831
832!
833!--    Carry out statistical analysis and output at the requested output times.
834!--    The MOD function is used for calculating the output time counters (like
835!--    time_dopr) in order to regard a possible decrease of the output time
836!--    interval in case of restart runs
837
838!
839!--    Set a flag indicating that so far no statistics have been created
840!--    for this time step
841       flow_statistics_called = .FALSE.
842
843!
844!--    If required, call flow_statistics for averaging in time
845       IF ( averaging_interval_pr /= 0.0_wp  .AND.  &
846            ( dt_dopr - time_dopr ) <= averaging_interval_pr  .AND.  &
847            simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
848          time_dopr_av = time_dopr_av + dt_3d
849          IF ( time_dopr_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
850             do_sum = .TRUE.
851             time_dopr_av = MOD( time_dopr_av, &
852                                    MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
853          ENDIF
854       ENDIF
855       IF ( do_sum )  CALL flow_statistics
856
857!
858!--    Sum-up 3d-arrays for later output of time-averaged 2d/3d/masked data
859       IF ( averaging_interval /= 0.0_wp  .AND.                                &
860            ( dt_data_output_av - time_do_av ) <= averaging_interval  .AND. &
861            simulated_time >= skip_time_data_output_av )                    &
862       THEN
863          time_do_sla = time_do_sla + dt_3d
864          IF ( time_do_sla >= dt_averaging_input )  THEN
865             CALL sum_up_3d_data
866             average_count_3d = average_count_3d + 1
867             time_do_sla = MOD( time_do_sla, MAX( dt_averaging_input, dt_3d ) )
868          ENDIF
869       ENDIF
870
871!
872!--    Calculate spectra for time averaging
873       IF ( averaging_interval_sp /= 0.0_wp  .AND.  &
874            ( dt_dosp - time_dosp ) <= averaging_interval_sp  .AND.  &
875            simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
876          time_dosp_av = time_dosp_av + dt_3d
877          IF ( time_dosp_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
878             CALL calc_spectra
879             time_dosp_av = MOD( time_dosp_av, &
880                                 MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
881          ENDIF
882       ENDIF
883
884!
885!--    Computation and output of run control parameters.
886!--    This is also done whenever perturbations have been imposed
887       IF ( time_run_control >= dt_run_control  .OR.                     &
888            timestep_scheme(1:5) /= 'runge'  .OR.  disturbance_created ) &
889       THEN
890          CALL run_control
891          IF ( time_run_control >= dt_run_control )  THEN
892             time_run_control = MOD( time_run_control, &
893                                     MAX( dt_run_control, dt_3d ) )
894          ENDIF
895       ENDIF
896
897!
898!--    Profile output (ASCII) on file
899       IF ( time_dopr_listing >= dt_dopr_listing )  THEN
900          CALL print_1d
901          time_dopr_listing = MOD( time_dopr_listing, MAX( dt_dopr_listing, &
902                                                           dt_3d ) )
903       ENDIF
904
905!
906!--    Graphic output for PROFIL
907       IF ( time_dopr >= dt_dopr )  THEN
908          IF ( dopr_n /= 0 )  CALL data_output_profiles
909          time_dopr = MOD( time_dopr, MAX( dt_dopr, dt_3d ) )
910          time_dopr_av = 0.0_wp    ! due to averaging (see above)
911       ENDIF
912
913!
914!--    Graphic output for time series
915       IF ( time_dots >= dt_dots )  THEN
916          CALL data_output_tseries
917          time_dots = MOD( time_dots, MAX( dt_dots, dt_3d ) )
918       ENDIF
919
920!
921!--    Output of spectra (formatted for use with PROFIL), in case of no
922!--    time averaging, spectra has to be calculated before
923       IF ( time_dosp >= dt_dosp )  THEN
924          IF ( average_count_sp == 0 )  CALL calc_spectra
925          CALL data_output_spectra
926          time_dosp = MOD( time_dosp, MAX( dt_dosp, dt_3d ) )
927       ENDIF
928
929!
930!--    2d-data output (cross-sections)
931       IF ( time_do2d_xy >= dt_do2d_xy )  THEN
932          CALL data_output_2d( 'xy', 0 )
933          time_do2d_xy = MOD( time_do2d_xy, MAX( dt_do2d_xy, dt_3d ) )
934       ENDIF
935       IF ( time_do2d_xz >= dt_do2d_xz )  THEN
936          CALL data_output_2d( 'xz', 0 )
937          time_do2d_xz = MOD( time_do2d_xz, MAX( dt_do2d_xz, dt_3d ) )
938       ENDIF
939       IF ( time_do2d_yz >= dt_do2d_yz )  THEN
940          CALL data_output_2d( 'yz', 0 )
941          time_do2d_yz = MOD( time_do2d_yz, MAX( dt_do2d_yz, dt_3d ) )
942       ENDIF
943
944!
945!--    3d-data output (volume data)
946       IF ( time_do3d >= dt_do3d )  THEN
947          CALL data_output_3d( 0 )
948          time_do3d = MOD( time_do3d, MAX( dt_do3d, dt_3d ) )
949       ENDIF
950
951!
952!--    masked data output
953!--    Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
954!--    netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
955       netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
956       IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
957       IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
958       DO  mid = 1, masks
959          IF ( time_domask(mid) >= dt_domask(mid) )  THEN
960             CALL data_output_mask( 0 )
961             time_domask(mid) = MOD( time_domask(mid),  &
962                                     MAX( dt_domask(mid), dt_3d ) )
963          ENDIF
964       ENDDO
965       netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
966
967!
968!--    Output of time-averaged 2d/3d/masked data
969       IF ( time_do_av >= dt_data_output_av )  THEN
970          CALL average_3d_data
971          CALL data_output_2d( 'xy', 1 )
972          CALL data_output_2d( 'xz', 1 )
973          CALL data_output_2d( 'yz', 1 )
974          CALL data_output_3d( 1 )
975!--       Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
976!--       netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
977          netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
978          IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
979          IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
980          DO  mid = 1, masks
981             CALL data_output_mask( 1 )
982          ENDDO
983          netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
984          time_do_av = MOD( time_do_av, MAX( dt_data_output_av, dt_3d ) )
985       ENDIF
986
987!
988!--    Output of particle time series
989       IF ( particle_advection )  THEN
990          IF ( time_dopts >= dt_dopts  .OR. &
991               ( simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
992                 first_call_lpm ) )  THEN
993             CALL data_output_ptseries
994             time_dopts = MOD( time_dopts, MAX( dt_dopts, dt_3d ) )
995          ENDIF
996       ENDIF
997
998!
999!--    Output of dvrp-graphics (isosurface, particles, slicer)
1000#if defined( __dvrp_graphics )
1001       CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number-1 )
1002#endif
1003       IF ( time_dvrp >= dt_dvrp )  THEN
1004          CALL data_output_dvrp
1005          time_dvrp = MOD( time_dvrp, MAX( dt_dvrp, dt_3d ) )
1006       ENDIF
1007#if defined( __dvrp_graphics )
1008       CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
1009#endif
1010
1011!
1012!--    If required, set the heat flux for the next time step at a random value
1013       IF ( constant_heatflux  .AND.  random_heatflux )  CALL disturb_heatflux
1014
1015!
1016!--    Execute user-defined actions
1017       CALL user_actions( 'after_timestep' )
1018
1019!
1020!--    Output elapsed simulated time in form of a progress bar on stdout
1021       IF ( myid == 0 )  CALL output_progress_bar
1022
1023       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'stop' )
1024
1025
1026    ENDDO   ! time loop
1027
1028    IF ( myid == 0 )  CALL finish_progress_bar
1029
1030#if defined( __dvrp_graphics )
1031    CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number )
1032#endif
1033
1034    CALL location_message( 'finished time-stepping', .TRUE. )
1035
1036 END SUBROUTINE time_integration
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.