source: palm/trunk/SOURCE/time_integration.f90 @ 1781

Last change on this file since 1781 was 1781, checked in by raasch, 8 years ago

some pmc calls completely removed, some moved from time_integration to main program, t_..m arrays removed from pmc

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 44.0 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 1997-2015 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! ------------------
21! some pmc calls removed at the beginning (before timeloop),
22! pmc initialization moved to the main program
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: time_integration.f90 1781 2016-03-03 15:12:23Z raasch $
27!
28! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
29! PMC_ACTIVE flags removed,
30! bugfix: nest synchronization after first call of timestep
31!
32! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
33! Introduction of nested domain feature
34!
35! 1736 2015-12-04 08:56:33Z raasch
36! no perturbations added to total domain if energy limit has been set zero
37!
38! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
39! Added option for spin-ups without land surface and radiation models. Moved calls
40! for radiation and lan surface schemes.
41!
42! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
43! Code annotations made doxygen readable
44!
45! 1671 2015-09-25 03:29:37Z raasch
46! bugfix: ghostpoint exchange for array diss in case that sgs velocities are used
47! for particles
48!
49! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
50! Moved call of radiation scheme. Added support for RRTM
51!
52! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
53! Added interface for different radiation schemes.
54!
55! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
56! Added calls for the land surface model and radiation scheme
57!
58! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
59! location messages modified
60!
61! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
62! location messages added
63!
64! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
65! CALL of nudge_ref added
66! bc_pt_t_val and bc_q_t_val are updated in case nudging is used
67!
68! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
69! Reset sums_ls_l to zero at each timestep
70! +sums_ls_l
71! Calculation of reference state (previously in subroutine calc_mean_profile)
72
73! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
74! REAL constants defined as wp-kind
75!
76! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
77! ONLY-attribute added to USE-statements,
78! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
79! kinds are defined in new module kinds,
80! old module precision_kind is removed,
81! revision history before 2012 removed,
82! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
83! all variable declaration statements
84! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
85! module interfaces removed
86!
87! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
88! +netcdf_data_format_save
89! For masked data, parallel netcdf output is not tested so far, hence
90! netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
91!
92! 1276 2014-01-15 13:40:41Z heinze
93! Use LSF_DATA also in case of Dirichlet bottom boundary condition for scalars
94!
95! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
96! acc-update-host directive for timestep removed
97!
98! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
99! Generalize calc_mean_profile for wider use
100! Determine shf and qsws in dependence on data from LSF_DATA
101! Determine ug and vg in dependence on data from LSF_DATA
102! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
103! host update of arrays before timestep is called
104!
105! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
106! mean profiles for reference state are only calculated if required,
107! small bugfix for background communication
108!
109! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
110! split of prognostic_equations deactivated (comment lines), for the time being
111!
112! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
113! asynchronous transfer of ghost point data realized for acc-optimized version:
114! prognostic_equations are first called two times for those points required for
115! the left-right and north-south exchange, respectively, and then for the
116! remaining points,
117! those parts requiring global communication moved from prognostic_equations to
118! here
119!
120! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
121! calculation of qr and nr is restricted to precipitation
122!
123! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
124! GPU-porting of boundary conditions,
125! openACC directives updated
126! formal parameter removed from routine boundary_conds
127!
128! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
129! +internal timestep counter for cpu statistics added,
130! openACC directives updated
131!
132! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
133! unused variables removed
134!
135! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
136! exchange of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
137!
138! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
139! exchange of ghost points for nr, qr added
140!
141! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
142! code put under GPL (PALM 3.9)
143!
144! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
145! non-optimized version of prognostic_equations removed
146!
147! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
148! +call of prognostic_equations_acc
149!
150! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
151! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
152!
153! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
154! advec_particles renamed lpm, first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
155!
156! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
157! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
158!
159! Revision 1.1  1997/08/11 06:19:04  raasch
160! Initial revision
161!
162!
163! Description:
164! ------------
165!> Integration in time of the model equations, statistical analysis and graphic
166!> output
167!------------------------------------------------------------------------------!
168 SUBROUTINE time_integration
169 
170
171    USE advec_ws,                                                              &
172        ONLY:  ws_statistics
173
174    USE arrays_3d,                                                             &
175        ONLY:  diss, dzu, e, e_p, nr_p, prho, pt, pt_p, pt_init, q_init, q,    &
176               ql, ql_c, ql_v, ql_vp, qr_p, q_p, ref_state, rho, sa_p, tend,   &
177               u, u_p, v, vpt, v_p, w, w_p
178
179    USE calc_mean_profile_mod,                                                 &
180        ONLY:  calc_mean_profile
181
182    USE control_parameters,                                                    &
183        ONLY:  advected_distance_x, advected_distance_y, average_count_3d,     &
184               average_count_sp, averaging_interval, averaging_interval_pr,    &
185               averaging_interval_sp, bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_pt_t_val,       &
186               bc_q_t_val, call_psolver_at_all_substeps, cloud_droplets,       &
187               cloud_physics, constant_flux_layer, constant_heatflux,          &
188               create_disturbances, dopr_n, constant_diffusion, coupling_mode, &
189               coupling_start_time, current_timestep_number,                   &
190               disturbance_created, disturbance_energy_limit, dist_range,      &
191               do_sum, dt_3d, dt_averaging_input, dt_averaging_input_pr,       &
192               dt_coupling, dt_data_output_av, dt_disturb, dt_do2d_xy,         &
193               dt_do2d_xz, dt_do2d_yz, dt_do3d, dt_domask,dt_dopts, dt_dopr,   &
194               dt_dopr_listing, dt_dosp, dt_dots, dt_dvrp, dt_run_control,     &
195               end_time, first_call_lpm, galilei_transformation, humidity,     &
196               icloud_scheme, intermediate_timestep_count,                     &
197               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
198               loop_optimization, lsf_surf, lsf_vert, masks, mid, nest_domain, &
199               netcdf_data_format, neutral, nr_timesteps_this_run, nudging,    &
200               ocean, on_device, passive_scalar, precipitation,                &
201               prho_reference, pt_reference, pt_slope_offset, random_heatflux, &
202               run_coupled, simulated_time, simulated_time_chr,                &
203               skip_time_do2d_xy, skip_time_do2d_xz, skip_time_do2d_yz,        &
204               skip_time_do3d, skip_time_domask, skip_time_dopr,               &
205               skip_time_dosp, skip_time_data_output_av, sloping_surface,      &
206               stop_dt, terminate_coupled, terminate_run, timestep_scheme,     &
207               time_coupling, time_do2d_xy, time_do2d_xz, time_do2d_yz,        &
208               time_do3d, time_domask, time_dopr, time_dopr_av,                &
209               time_dopr_listing, time_dopts, time_dosp, time_dosp_av,         &
210               time_dots, time_do_av, time_do_sla, time_disturb, time_dvrp,    &
211               time_run_control, time_since_reference_point,                   &
212               turbulence,                                                     &
213               turbulent_inflow, use_initial_profile_as_reference,             &
214               use_single_reference_value, u_gtrans, v_gtrans, ws_scheme_mom,  &
215               ws_scheme_sca
216
217    USE cpulog,                                                                &
218        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
219
220    USE indices,                                                               &
221        ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr,    &
222               nxrg, nyn, nys, nzb, nzt, nzb_u_inner, nzb_v_inner 
223
224    USE interaction_droplets_ptq_mod,                                          &
225        ONLY:  interaction_droplets_ptq
226
227    USE kinds
228
229    USE land_surface_model_mod,                                                &
230        ONLY:  land_surface, lsm_energy_balance, lsm_soil_model,               &
231               skip_time_do_lsm
232
233    USE ls_forcing_mod,                                                        &
234        ONLY:  ls_forcing_surf, ls_forcing_vert
235
236    USE nudge_mod,                                                             &
237        ONLY:  calc_tnudge, nudge_ref
238
239    USE particle_attributes,                                                   &
240        ONLY:  particle_advection, particle_advection_start,                   &
241               use_sgs_for_particles, wang_kernel
242
243    USE pegrid
244
245    USE pmc_interface,                                                         &
246        ONLY:  client_to_server, nested_run, nesting_mode,                     &
247               pmci_ensure_nest_mass_conservation, pmci_client_datatrans,      &
248               pmci_client_synchronize, pmci_server_datatrans,                 &
249               pmci_server_synchronize, pmci_update_new, server_to_client
250
251    USE production_e_mod,                                                      &
252        ONLY:  production_e_init
253
254    USE progress_bar,                                                          &
255        ONLY:  finish_progress_bar, output_progress_bar
256
257    USE prognostic_equations_mod,                                              &
258        ONLY:  prognostic_equations_acc, prognostic_equations_cache,           &
259               prognostic_equations_vector
260
261    USE radiation_model_mod,                                                   &
262        ONLY: dt_radiation, force_radiation_call, radiation,                   &
263              radiation_clearsky, radiation_rrtmg, radiation_scheme,           &
264              skip_time_do_radiation, time_radiation
265
266    USE statistics,                                                            &
267        ONLY:  flow_statistics_called, hom, pr_palm, sums_ls_l
268
269    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
270        ONLY:  surface_layer_fluxes
271
272    USE user_actions_mod,                                                      &
273        ONLY:  user_actions
274
275    IMPLICIT NONE
276
277    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string          !<
278
279    INTEGER(iwp)      ::  netcdf_data_format_save !<
280
281!
282!-- At the beginning of a simulation determine the time step as well as
283!-- determine and print out the run control parameters
284    IF ( simulated_time == 0.0_wp )  CALL timestep
285
286!
287!-- Synchronize the timestep in case of nested run.
288!-- The server side must be called first
289    IF ( nested_run )  THEN
290       CALL pmci_server_synchronize
291       CALL pmci_client_synchronize
292    ENDIF
293
294    CALL run_control
295
296!
297!-- Data exchange between coupled models in case that a call has been omitted
298!-- at the end of the previous run of a job chain.
299    IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
300!
301!--    In case of model termination initiated by the local model the coupler
302!--    must not be called because this would again cause an MPI hang.
303       DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
304          CALL surface_coupler
305          time_coupling = time_coupling - dt_coupling
306       ENDDO
307       IF (time_coupling == 0.0_wp .AND. time_since_reference_point < dt_coupling)&
308       THEN
309          time_coupling = time_since_reference_point
310       ENDIF
311    ENDIF
312
313#if defined( __dvrp_graphics )
314!
315!-- Time measurement with dvrp software 
316    CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
317#endif
318
319    CALL location_message( 'start with time-stepping', .TRUE. )
320!
321!-- Start of the time loop
322    DO  WHILE ( simulated_time < end_time  .AND.  .NOT. stop_dt  .AND. &
323                .NOT. terminate_run )
324
325       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'start' )
326
327!
328!--    Determine size of next time step
329       IF ( simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
330          CALL timestep
331
332          IF ( nested_run )  THEN
333!
334!--          TO_DO: try to give more detailed and meaningful comments here
335!--          Server side must be called first
336             CALL pmci_server_synchronize
337             CALL pmci_client_synchronize
338          ENDIF
339       ENDIF
340
341
342!
343!--    Determine ug, vg and w_subs in dependence on data from external file
344!--    LSF_DATA
345       IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_vert )  THEN
346           CALL ls_forcing_vert ( simulated_time )
347           sums_ls_l = 0.0_wp
348       ENDIF
349
350!
351!--    Set pt_init and q_init to the current profiles taken from
352!--    NUDGING_DATA
353       IF ( nudging )  THEN
354           CALL nudge_ref ( simulated_time )
355!
356!--        Store temperature gradient at the top boundary for possible Neumann
357!--        boundary condition
358           bc_pt_t_val = ( pt_init(nzt+1) - pt_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
359           bc_q_t_val  = ( q_init(nzt+1) - q_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
360       ENDIF
361
362!
363!--    Execute the user-defined actions
364       CALL user_actions( 'before_timestep' )
365
366!
367!--    Start of intermediate step loop
368       intermediate_timestep_count = 0
369       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < &
370                   intermediate_timestep_count_max )
371
372          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
373
374!
375!--       Set the steering factors for the prognostic equations which depend
376!--       on the timestep scheme
377          CALL timestep_scheme_steering
378
379!
380!--       Calculate those variables needed in the tendency terms which need
381!--       global communication
382          IF ( .NOT. use_single_reference_value  .AND. &
383               .NOT. use_initial_profile_as_reference )  THEN
384!
385!--          Horizontally averaged profiles to be used as reference state in
386!--          buoyancy terms (WARNING: only the respective last call of
387!--          calc_mean_profile defines the reference state!)
388             IF ( .NOT. neutral )  THEN
389                CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
390                ref_state(:)  = hom(:,1,4,0) ! this is used in the buoyancy term
391             ENDIF
392             IF ( ocean )  THEN
393                CALL calc_mean_profile( rho, 64 )
394                ref_state(:)  = hom(:,1,64,0)
395             ENDIF
396             IF ( humidity )  THEN
397                CALL calc_mean_profile( vpt, 44 )
398                ref_state(:)  = hom(:,1,44,0)
399             ENDIF
400
401          ENDIF
402
403          IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL production_e_init
404          IF ( ( ws_scheme_mom .OR. ws_scheme_sca )  .AND.  &
405               intermediate_timestep_count == 1 )  CALL ws_statistics
406!
407!--       In case of nudging calculate current nudging time scale and horizontal
408!--       means of u, v, pt and q
409          IF ( nudging )  THEN
410             CALL calc_tnudge( simulated_time )
411             CALL calc_mean_profile( u, 1 )
412             CALL calc_mean_profile( v, 2 )
413             CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
414             CALL calc_mean_profile( q, 41 )
415          ENDIF
416
417!
418!--       Solve the prognostic equations. A fast cache optimized version with
419!--       only one single loop is used in case of Piascek-Williams advection
420!--       scheme. NEC vector machines use a different version, because
421!--       in the other versions a good vectorization is prohibited due to
422!--       inlining problems.
423          IF ( loop_optimization == 'cache' )  THEN
424             CALL prognostic_equations_cache
425          ELSEIF ( loop_optimization == 'vector' )  THEN
426             CALL prognostic_equations_vector
427          ELSEIF ( loop_optimization == 'acc' )  THEN
428             i_left  = nxl;         i_right = nxr
429             j_south = nys;         j_north = nyn
430             CALL prognostic_equations_acc
431
432!             i_left  = nxl;         i_right = nxl+nbgp-1
433!             j_south = nys;         j_north = nyn
434!             CALL prognostic_equations_acc
435!             i_left  = nxr-nbgp+1;  i_right = nxr
436!             j_south = nys;         j_north = nyn
437!             CALL prognostic_equations_acc
438
439!
440!--          Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
441             IF ( background_communication )  THEN
442
443                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
444               
445                send_receive = 'lr'
446                sendrecv_in_background = .TRUE.
447                req          = 0
448                req_count    = 0
449
450                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
451                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
452                ELSE                          ! of ghost point exchange
453                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
454                ENDIF
455
456                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
457                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
458                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
459                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
460                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
461                IF ( ocean )  THEN
462                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
463                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
464                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
465                ENDIF
466                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
467                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
468                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
469                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
470                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
471                   ENDIF
472                ENDIF
473                IF ( cloud_droplets )  THEN
474                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
475                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
476                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
477                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
478                ENDIF
479                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
480                THEN
481                   CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
482                ENDIF
483
484                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
485                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
486                ELSE                          ! of ghost point exchange
487                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
488                ENDIF
489
490                sendrecv_in_background = .FALSE.
491
492                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'pause' )
493
494             ENDIF
495
496!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
497!             j_south = nys;         j_north = nys+nbgp-1
498!             CALL prognostic_equations_acc
499!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
500!             j_south = nyn-nbgp+1;  j_north = nyn
501!             CALL prognostic_equations_acc
502
503             IF ( background_communication )  THEN
504                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'start' )
505#if defined( __parallel )
506                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
507#endif
508                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'pause' )
509
510                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'continue' )
511
512                send_receive = 'ns'
513                sendrecv_in_background = .TRUE.
514                req          = 0
515                req_count    = 0
516
517                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
518                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
519                ELSE                          ! of ghost point exchange
520                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
521                ENDIF
522
523                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
524                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
525                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
526                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
527                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
528                IF ( ocean )  THEN
529                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
530                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
531                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
532                ENDIF
533                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
534                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
535                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
536                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
537                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
538                   ENDIF
539                ENDIF
540                IF ( cloud_droplets )  THEN
541                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
542                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
543                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
544                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
545                ENDIF
546                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
547                THEN
548                   CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
549                ENDIF
550
551                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
552                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
553                ELSE                          ! of ghost point exchange
554                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
555                ENDIF
556
557                sendrecv_in_background = .FALSE.
558
559                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
560
561             ENDIF
562
563!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
564!             j_south = nys+nbgp;    j_north = nyn-nbgp
565!             CALL prognostic_equations_acc
566
567             IF ( background_communication )  THEN
568                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'continue' )
569#if defined( __parallel )
570                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
571#endif
572                send_receive = 'al'
573                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'stop' )
574             ENDIF
575
576          ENDIF
577
578!
579!--       Particle transport/physics with the Lagrangian particle model
580!--       (only once during intermediate steps, because it uses an Euler-step)
581!--       ### particle model should be moved before prognostic_equations, in order
582!--       to regard droplet interactions directly
583          IF ( particle_advection  .AND.                         &
584               simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
585               intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
586             CALL lpm
587             first_call_lpm = .FALSE.
588          ENDIF
589
590!
591!--       Interaction of droplets with temperature and specific humidity.
592!--       Droplet condensation and evaporation is calculated within
593!--       advec_particles.
594          IF ( cloud_droplets  .AND.  &
595               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
596          THEN
597             CALL interaction_droplets_ptq
598          ENDIF
599
600!
601!--       Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
602          IF ( .NOT. background_communication )  THEN
603
604             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
605
606             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
607                on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
608             ELSE                          ! of ghost point exchange
609                !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
610             ENDIF
611
612             CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
613             CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
614             CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
615             CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
616             IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
617             IF ( ocean )  THEN
618                CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
619                CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
620                CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
621             ENDIF
622             IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
623                CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
624                IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0  .AND.  &
625                     precipitation )  THEN
626                   CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
627                   CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
628                ENDIF
629             ENDIF
630             IF ( cloud_droplets )  THEN
631                CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
632                CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
633                CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
634                CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
635             ENDIF
636             IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
637             THEN
638                CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
639             ENDIF
640
641             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
642                on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
643             ELSE                          ! of ghost point exchange
644                !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
645             ENDIF
646
647             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
648
649          ENDIF
650
651!
652!--       Boundary conditions for the prognostic quantities (except of the
653!--       velocities at the outflow in case of a non-cyclic lateral wall)
654          CALL boundary_conds
655
656!
657!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
658          CALL swap_timelevel
659
660          IF ( nested_run )  THEN
661!
662!--          TO_DO: try to give more meaningful comments here
663!--          Domain nesting
664!--          Note that the nesting operations are omitted intentionally on the
665!--          first two RK-substeps.
666             CALL cpu_log( log_point(60), 'nesting', 'start' )
667!
668!--          From server to client commmunication ( direction=SERVER_TO_CLIENT )
669             CALL pmci_server_datatrans( server_to_client )
670             CALL pmci_client_datatrans( server_to_client )
671
672             IF ( nesting_mode == 'two-way' )  THEN
673!
674!--             From client to server commmunication ( direction=CLIENT_TO_SERVER )
675                CALL pmci_server_datatrans( client_to_server )
676                CALL pmci_client_datatrans( client_to_server )
677!
678!--             Exchange_horiz is needed for all server-domains after the
679!--             anterpolation
680                CALL exchange_horiz( u, nbgp )
681                CALL exchange_horiz( v, nbgp )
682                CALL exchange_horiz( w, nbgp )
683                CALL exchange_horiz( pt, nbgp )
684                IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
685                   CALL exchange_horiz( q, nbgp )
686                ENDIF
687                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e, nbgp )
688             ENDIF
689!
690!--          Correct the w top-BC in nest domains to ensure mass conservation.
691!--          This action must never be done for the root domain.
692             IF ( nest_domain )  THEN
693                CALL pmci_ensure_nest_mass_conservation
694!
695!--             pmc_update_new is not necessary if nesting is made at each
696!--             substep
697                CALL pmci_update_new
698             ENDIF
699
700             CALL cpu_log( log_point(60), 'nesting', 'stop' )
701
702          ENDIF
703
704!
705!--       Temperature offset must be imposed at cyclic boundaries in x-direction
706!--       when a sloping surface is used
707          IF ( sloping_surface )  THEN
708             IF ( nxl ==  0 )  pt(:,:,nxlg:nxl-1) = pt(:,:,nxlg:nxl-1) - &
709                                                    pt_slope_offset
710             IF ( nxr == nx )  pt(:,:,nxr+1:nxrg) = pt(:,:,nxr+1:nxrg) + &
711                                                    pt_slope_offset
712          ENDIF
713
714!
715!--       Impose a turbulent inflow using the recycling method
716          IF ( turbulent_inflow )  CALL  inflow_turbulence
717
718!
719!--       Impose a random perturbation on the horizontal velocity field
720          IF ( create_disturbances  .AND.                                      &
721               ( call_psolver_at_all_substeps  .AND.                           &
722               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
723          .OR. ( .NOT. call_psolver_at_all_substeps  .AND.                     &
724               intermediate_timestep_count == 1 ) )                            &
725          THEN
726             time_disturb = time_disturb + dt_3d
727             IF ( time_disturb >= dt_disturb )  THEN
728                !$acc update host( u, v )
729                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .FALSE.  ! workaround, remove later
730                IF ( disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND.                 &
731                     hom(nzb+5,1,pr_palm,0) < disturbance_energy_limit )  THEN
732                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
733                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
734                ELSEIF ( .NOT. bc_lr_cyc  .OR.  .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
735!
736!--                Runs with a non-cyclic lateral wall need perturbations
737!--                near the inflow throughout the whole simulation
738                   dist_range = 1
739                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
740                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
741                   dist_range = 0
742                ENDIF
743                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .TRUE.  ! workaround, remove later
744                !$acc update device( u, v )
745                time_disturb = time_disturb - dt_disturb
746             ENDIF
747          ENDIF
748
749!
750!--       Reduce the velocity divergence via the equation for perturbation
751!--       pressure.
752          IF ( intermediate_timestep_count == 1  .OR. &
753                call_psolver_at_all_substeps )  THEN
754             CALL pres
755          ENDIF
756
757!
758!--       If required, compute liquid water content
759          IF ( cloud_physics )  THEN
760             CALL calc_liquid_water_content
761             !$acc update device( ql )
762          ENDIF
763!
764!--       If required, compute virtual potential temperature
765          IF ( humidity )  THEN
766             CALL compute_vpt 
767             !$acc update device( vpt )
768          ENDIF 
769
770!
771!--       Compute the diffusion quantities
772          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
773
774!
775!--          Determine surface fluxes shf and qsws and surface values
776!--          pt_surface and q_surface in dependence on data from external
777!--          file LSF_DATA respectively
778             IF ( ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) .AND. &
779                 intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
780             THEN
781                CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
782             ENDIF
783
784!
785!--          First the vertical fluxes in the surface (constant flux) layer are computed
786             IF ( constant_flux_layer )  THEN
787                CALL cpu_log( log_point(19), 'surface_layer_fluxes', 'start' )
788                CALL surface_layer_fluxes
789                CALL cpu_log( log_point(19), 'surface_layer_fluxes', 'stop' )
790             ENDIF
791
792!
793!--          If required, solve the energy balance for the surface and run soil
794!--          model
795             IF ( land_surface .AND. simulated_time > skip_time_do_lsm)  THEN
796
797                CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'start' )
798                CALL lsm_energy_balance
799                CALL lsm_soil_model
800                CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'stop' )
801             ENDIF
802!
803!--          Compute the diffusion coefficients
804             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'start' )
805             IF ( .NOT. humidity ) THEN
806                IF ( ocean )  THEN
807                   CALL diffusivities( prho, prho_reference )
808                ELSE
809                   CALL diffusivities( pt, pt_reference )
810                ENDIF
811             ELSE
812                CALL diffusivities( vpt, pt_reference )
813             ENDIF
814             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'stop' )
815
816          ENDIF
817
818!
819!--       If required, calculate radiative fluxes and heating rates
820          IF ( radiation .AND. intermediate_timestep_count                     &
821               == intermediate_timestep_count_max .AND. simulated_time >    &
822               skip_time_do_radiation )  THEN
823
824               time_radiation = time_radiation + dt_3d
825
826             IF ( time_radiation >= dt_radiation .OR. force_radiation_call )   &
827             THEN
828
829                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'start' )
830
831                IF ( .NOT. force_radiation_call )  THEN
832                   time_radiation = time_radiation - dt_radiation
833                ELSE
834                   WRITE(9,*) "Unscheduled radiation call at ", simulated_time
835                   CALL LOCAL_FLUSH ( 9 )
836                ENDIF
837
838                IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
839                   CALL radiation_clearsky
840                ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
841                   CALL radiation_rrtmg
842                ENDIF
843
844                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'stop' )
845             ENDIF
846          ENDIF
847
848       ENDDO   ! Intermediate step loop
849
850!
851!--    Increase simulation time and output times
852       nr_timesteps_this_run      = nr_timesteps_this_run + 1
853       current_timestep_number    = current_timestep_number + 1
854       simulated_time             = simulated_time   + dt_3d
855       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time )
856       time_since_reference_point = simulated_time - coupling_start_time
857
858       IF ( simulated_time >= skip_time_data_output_av )  THEN
859          time_do_av         = time_do_av       + dt_3d
860       ENDIF
861       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xy )  THEN
862          time_do2d_xy       = time_do2d_xy     + dt_3d
863       ENDIF
864       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xz )  THEN
865          time_do2d_xz       = time_do2d_xz     + dt_3d
866       ENDIF
867       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_yz )  THEN
868          time_do2d_yz       = time_do2d_yz     + dt_3d
869       ENDIF
870       IF ( simulated_time >= skip_time_do3d    )  THEN
871          time_do3d          = time_do3d        + dt_3d
872       ENDIF
873       DO  mid = 1, masks
874          IF ( simulated_time >= skip_time_domask(mid) )  THEN
875             time_domask(mid)= time_domask(mid) + dt_3d
876          ENDIF
877       ENDDO
878       time_dvrp          = time_dvrp        + dt_3d
879       IF ( simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
880          time_dosp       = time_dosp        + dt_3d
881       ENDIF
882       time_dots          = time_dots        + dt_3d
883       IF ( .NOT. first_call_lpm )  THEN
884          time_dopts      = time_dopts       + dt_3d
885       ENDIF
886       IF ( simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
887          time_dopr       = time_dopr        + dt_3d
888       ENDIF
889       time_dopr_listing          = time_dopr_listing        + dt_3d
890       time_run_control   = time_run_control + dt_3d
891
892!
893!--    Data exchange between coupled models
894       IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
895          time_coupling = time_coupling + dt_3d
896
897!
898!--       In case of model termination initiated by the local model
899!--       (terminate_coupled > 0), the coupler must be skipped because it would
900!--       cause an MPI intercomminucation hang.
901!--       If necessary, the coupler will be called at the beginning of the
902!--       next restart run.
903          DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
904             CALL surface_coupler
905             time_coupling = time_coupling - dt_coupling
906          ENDDO
907       ENDIF
908
909!
910!--    Execute user-defined actions
911       CALL user_actions( 'after_integration' )
912
913!
914!--    If Galilei transformation is used, determine the distance that the
915!--    model has moved so far
916       IF ( galilei_transformation )  THEN
917          advected_distance_x = advected_distance_x + u_gtrans * dt_3d
918          advected_distance_y = advected_distance_y + v_gtrans * dt_3d
919       ENDIF
920
921!
922!--    Check, if restart is necessary (because cpu-time is expiring or
923!--    because it is forced by user) and set stop flag
924!--    This call is skipped if the remote model has already initiated a restart.
925       IF ( .NOT. terminate_run )  CALL check_for_restart
926
927!
928!--    Carry out statistical analysis and output at the requested output times.
929!--    The MOD function is used for calculating the output time counters (like
930!--    time_dopr) in order to regard a possible decrease of the output time
931!--    interval in case of restart runs
932
933!
934!--    Set a flag indicating that so far no statistics have been created
935!--    for this time step
936       flow_statistics_called = .FALSE.
937
938!
939!--    If required, call flow_statistics for averaging in time
940       IF ( averaging_interval_pr /= 0.0_wp  .AND.  &
941            ( dt_dopr - time_dopr ) <= averaging_interval_pr  .AND.  &
942            simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
943          time_dopr_av = time_dopr_av + dt_3d
944          IF ( time_dopr_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
945             do_sum = .TRUE.
946             time_dopr_av = MOD( time_dopr_av, &
947                                    MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
948          ENDIF
949       ENDIF
950       IF ( do_sum )  CALL flow_statistics
951
952!
953!--    Sum-up 3d-arrays for later output of time-averaged 2d/3d/masked data
954       IF ( averaging_interval /= 0.0_wp  .AND.                                &
955            ( dt_data_output_av - time_do_av ) <= averaging_interval  .AND. &
956            simulated_time >= skip_time_data_output_av )                    &
957       THEN
958          time_do_sla = time_do_sla + dt_3d
959          IF ( time_do_sla >= dt_averaging_input )  THEN
960             CALL sum_up_3d_data
961             average_count_3d = average_count_3d + 1
962             time_do_sla = MOD( time_do_sla, MAX( dt_averaging_input, dt_3d ) )
963          ENDIF
964       ENDIF
965
966!
967!--    Calculate spectra for time averaging
968       IF ( averaging_interval_sp /= 0.0_wp  .AND.  &
969            ( dt_dosp - time_dosp ) <= averaging_interval_sp  .AND.  &
970            simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
971          time_dosp_av = time_dosp_av + dt_3d
972          IF ( time_dosp_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
973             CALL calc_spectra
974             time_dosp_av = MOD( time_dosp_av, &
975                                 MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
976          ENDIF
977       ENDIF
978
979!
980!--    Computation and output of run control parameters.
981!--    This is also done whenever perturbations have been imposed
982       IF ( time_run_control >= dt_run_control  .OR.                     &
983            timestep_scheme(1:5) /= 'runge'  .OR.  disturbance_created ) &
984       THEN
985          CALL run_control
986          IF ( time_run_control >= dt_run_control )  THEN
987             time_run_control = MOD( time_run_control, &
988                                     MAX( dt_run_control, dt_3d ) )
989          ENDIF
990       ENDIF
991
992!
993!--    Profile output (ASCII) on file
994       IF ( time_dopr_listing >= dt_dopr_listing )  THEN
995          CALL print_1d
996          time_dopr_listing = MOD( time_dopr_listing, MAX( dt_dopr_listing, &
997                                                           dt_3d ) )
998       ENDIF
999
1000!
1001!--    Graphic output for PROFIL
1002       IF ( time_dopr >= dt_dopr )  THEN
1003          IF ( dopr_n /= 0 )  CALL data_output_profiles
1004          time_dopr = MOD( time_dopr, MAX( dt_dopr, dt_3d ) )
1005          time_dopr_av = 0.0_wp    ! due to averaging (see above)
1006       ENDIF
1007
1008!
1009!--    Graphic output for time series
1010       IF ( time_dots >= dt_dots )  THEN
1011          CALL data_output_tseries
1012          time_dots = MOD( time_dots, MAX( dt_dots, dt_3d ) )
1013       ENDIF
1014
1015!
1016!--    Output of spectra (formatted for use with PROFIL), in case of no
1017!--    time averaging, spectra has to be calculated before
1018       IF ( time_dosp >= dt_dosp )  THEN
1019          IF ( average_count_sp == 0 )  CALL calc_spectra
1020          CALL data_output_spectra
1021          time_dosp = MOD( time_dosp, MAX( dt_dosp, dt_3d ) )
1022       ENDIF
1023
1024!
1025!--    2d-data output (cross-sections)
1026       IF ( time_do2d_xy >= dt_do2d_xy )  THEN
1027          CALL data_output_2d( 'xy', 0 )
1028          time_do2d_xy = MOD( time_do2d_xy, MAX( dt_do2d_xy, dt_3d ) )
1029       ENDIF
1030       IF ( time_do2d_xz >= dt_do2d_xz )  THEN
1031          CALL data_output_2d( 'xz', 0 )
1032          time_do2d_xz = MOD( time_do2d_xz, MAX( dt_do2d_xz, dt_3d ) )
1033       ENDIF
1034       IF ( time_do2d_yz >= dt_do2d_yz )  THEN
1035          CALL data_output_2d( 'yz', 0 )
1036          time_do2d_yz = MOD( time_do2d_yz, MAX( dt_do2d_yz, dt_3d ) )
1037       ENDIF
1038
1039!
1040!--    3d-data output (volume data)
1041       IF ( time_do3d >= dt_do3d )  THEN
1042          CALL data_output_3d( 0 )
1043          time_do3d = MOD( time_do3d, MAX( dt_do3d, dt_3d ) )
1044       ENDIF
1045
1046!
1047!--    masked data output
1048!--    Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
1049!--    netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
1050       netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
1051       IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
1052       IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
1053       DO  mid = 1, masks
1054          IF ( time_domask(mid) >= dt_domask(mid) )  THEN
1055             CALL data_output_mask( 0 )
1056             time_domask(mid) = MOD( time_domask(mid),  &
1057                                     MAX( dt_domask(mid), dt_3d ) )
1058          ENDIF
1059       ENDDO
1060       netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
1061
1062!
1063!--    Output of time-averaged 2d/3d/masked data
1064       IF ( time_do_av >= dt_data_output_av )  THEN
1065          CALL average_3d_data
1066          CALL data_output_2d( 'xy', 1 )
1067          CALL data_output_2d( 'xz', 1 )
1068          CALL data_output_2d( 'yz', 1 )
1069          CALL data_output_3d( 1 )
1070!--       Parallel netcdf output is not tested so far for masked data, hence
1071!--       netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
1072          netcdf_data_format_save = netcdf_data_format
1073          IF ( netcdf_data_format == 5 ) netcdf_data_format = 3
1074          IF ( netcdf_data_format == 6 ) netcdf_data_format = 4
1075          DO  mid = 1, masks
1076             CALL data_output_mask( 1 )
1077          ENDDO
1078          netcdf_data_format = netcdf_data_format_save
1079          time_do_av = MOD( time_do_av, MAX( dt_data_output_av, dt_3d ) )
1080       ENDIF
1081
1082!
1083!--    Output of particle time series
1084       IF ( particle_advection )  THEN
1085          IF ( time_dopts >= dt_dopts  .OR. &
1086               ( simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
1087                 first_call_lpm ) )  THEN
1088             CALL data_output_ptseries
1089             time_dopts = MOD( time_dopts, MAX( dt_dopts, dt_3d ) )
1090          ENDIF
1091       ENDIF
1092
1093!
1094!--    Output of dvrp-graphics (isosurface, particles, slicer)
1095#if defined( __dvrp_graphics )
1096       CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number-1 )
1097#endif
1098       IF ( time_dvrp >= dt_dvrp )  THEN
1099          CALL data_output_dvrp
1100          time_dvrp = MOD( time_dvrp, MAX( dt_dvrp, dt_3d ) )
1101       ENDIF
1102#if defined( __dvrp_graphics )
1103       CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
1104#endif
1105
1106!
1107!--    If required, set the heat flux for the next time step at a random value
1108       IF ( constant_heatflux  .AND.  random_heatflux )  CALL disturb_heatflux
1109
1110!
1111!--    Execute user-defined actions
1112       CALL user_actions( 'after_timestep' )
1113
1114!
1115!--    Output elapsed simulated time in form of a progress bar on stdout
1116       IF ( myid == 0 )  CALL output_progress_bar
1117
1118       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'stop' )
1119
1120
1121    ENDDO   ! time loop
1122
1123    IF ( myid == 0 )  CALL finish_progress_bar
1124
1125#if defined( __dvrp_graphics )
1126    CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number )
1127#endif
1128
1129    CALL location_message( 'finished time-stepping', .TRUE. )
1130
1131 END SUBROUTINE time_integration
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.