source: palm/trunk/SOURCE/time_integration.f90 @ 1809

Last change on this file since 1809 was 1809, checked in by raasch, 8 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 43.3 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!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: time_integration.f90 1809 2016-04-05 20:13:28Z raasch $
26!
27! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
28! output message in case unscheduled radiation calls removed
29!
30! 1797 2016-03-21 16:50:28Z raasch
31! introduction of different datatransfer modes
32!
33! 1791 2016-03-11 10:41:25Z raasch
34! call of pmci_update_new removed
35!
36! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
37! +module spectrum
38!
39! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
40! switch back of netcdf data format for mask output moved to the mask output
41! routine
42!
43! 1781 2016-03-03 15:12:23Z raasch
44! some pmc calls removed at the beginning (before timeloop),
45! pmc initialization moved to the main program
46!
47! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
48! PMC_ACTIVE flags removed,
49! bugfix: nest synchronization after first call of timestep
50!
51! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
52! Introduction of nested domain feature
53!
54! 1736 2015-12-04 08:56:33Z raasch
55! no perturbations added to total domain if energy limit has been set zero
56!
57! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
58! Added option for spin-ups without land surface and radiation models. Moved calls
59! for radiation and lan surface schemes.
60!
61! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
62! Code annotations made doxygen readable
63!
64! 1671 2015-09-25 03:29:37Z raasch
65! bugfix: ghostpoint exchange for array diss in case that sgs velocities are used
66! for particles
67!
68! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
69! Moved call of radiation scheme. Added support for RRTM
70!
71! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
72! Added interface for different radiation schemes.
73!
74! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
75! Added calls for the land surface model and radiation scheme
76!
77! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
78! location messages modified
79!
80! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
81! location messages added
82!
83! 1380 2014-04-28 12:40:45Z heinze
84! CALL of nudge_ref added
85! bc_pt_t_val and bc_q_t_val are updated in case nudging is used
86!
87! 1365 2014-04-22 15:03:56Z boeske
88! Reset sums_ls_l to zero at each timestep
89! +sums_ls_l
90! Calculation of reference state (previously in subroutine calc_mean_profile)
91
92! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
93! REAL constants defined as wp-kind
94!
95! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
96! ONLY-attribute added to USE-statements,
97! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
98! kinds are defined in new module kinds,
99! old module precision_kind is removed,
100! revision history before 2012 removed,
101! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
102! all variable declaration statements
103! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
104! module interfaces removed
105!
106! 1308 2014-03-13 14:58:42Z fricke
107! +netcdf_data_format_save
108! For masked data, parallel netcdf output is not tested so far, hence
109! netcdf_data_format is switched back to non-paralell output.
110!
111! 1276 2014-01-15 13:40:41Z heinze
112! Use LSF_DATA also in case of Dirichlet bottom boundary condition for scalars
113!
114! 1257 2013-11-08 15:18:40Z raasch
115! acc-update-host directive for timestep removed
116!
117! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
118! Generalize calc_mean_profile for wider use
119! Determine shf and qsws in dependence on data from LSF_DATA
120! Determine ug and vg in dependence on data from LSF_DATA
121! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
122! host update of arrays before timestep is called
123!
124! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
125! mean profiles for reference state are only calculated if required,
126! small bugfix for background communication
127!
128! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
129! split of prognostic_equations deactivated (comment lines), for the time being
130!
131! 1128 2013-04-12 06:19:32Z raasch
132! asynchronous transfer of ghost point data realized for acc-optimized version:
133! prognostic_equations are first called two times for those points required for
134! the left-right and north-south exchange, respectively, and then for the
135! remaining points,
136! those parts requiring global communication moved from prognostic_equations to
137! here
138!
139! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
140! calculation of qr and nr is restricted to precipitation
141!
142! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
143! GPU-porting of boundary conditions,
144! openACC directives updated
145! formal parameter removed from routine boundary_conds
146!
147! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
148! +internal timestep counter for cpu statistics added,
149! openACC directives updated
150!
151! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
152! unused variables removed
153!
154! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
155! exchange of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
156!
157! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
158! exchange of ghost points for nr, qr added
159!
160! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
161! code put under GPL (PALM 3.9)
162!
163! 1019 2012-09-28 06:46:45Z raasch
164! non-optimized version of prognostic_equations removed
165!
166! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
167! +call of prognostic_equations_acc
168!
169! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
170! all actions concerning leapfrog- and upstream-spline-scheme removed
171!
172! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
173! advec_particles renamed lpm, first_call_advec_particles renamed first_call_lpm
174!
175! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
176! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
177!
178! Revision 1.1  1997/08/11 06:19:04  raasch
179! Initial revision
180!
181!
182! Description:
183! ------------
184!> Integration in time of the model equations, statistical analysis and graphic
185!> output
186!------------------------------------------------------------------------------!
187 SUBROUTINE time_integration
188 
189
190    USE advec_ws,                                                              &
191        ONLY:  ws_statistics
192
193    USE arrays_3d,                                                             &
194        ONLY:  diss, dzu, e, e_p, nr_p, prho, pt, pt_p, pt_init, q_init, q,    &
195               ql, ql_c, ql_v, ql_vp, qr_p, q_p, ref_state, rho, sa_p, tend,   &
196               u, u_p, v, vpt, v_p, w, w_p
197
198    USE calc_mean_profile_mod,                                                 &
199        ONLY:  calc_mean_profile
200
201    USE control_parameters,                                                    &
202        ONLY:  advected_distance_x, advected_distance_y, average_count_3d,     &
203               average_count_sp, averaging_interval, averaging_interval_pr,    &
204               averaging_interval_sp, bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, bc_pt_t_val,       &
205               bc_q_t_val, call_psolver_at_all_substeps, cloud_droplets,       &
206               cloud_physics, constant_flux_layer, constant_heatflux,          &
207               create_disturbances, dopr_n, constant_diffusion, coupling_mode, &
208               coupling_start_time, current_timestep_number,                   &
209               disturbance_created, disturbance_energy_limit, dist_range,      &
210               do_sum, dt_3d, dt_averaging_input, dt_averaging_input_pr,       &
211               dt_coupling, dt_data_output_av, dt_disturb, dt_do2d_xy,         &
212               dt_do2d_xz, dt_do2d_yz, dt_do3d, dt_domask,dt_dopts, dt_dopr,   &
213               dt_dopr_listing, dt_dosp, dt_dots, dt_dvrp, dt_run_control,     &
214               end_time, first_call_lpm, galilei_transformation, humidity,     &
215               icloud_scheme, intermediate_timestep_count,                     &
216               intermediate_timestep_count_max, large_scale_forcing,           &
217               loop_optimization, lsf_surf, lsf_vert, masks, mid, nest_domain, &
218               neutral, nr_timesteps_this_run, nudging,                        &
219               ocean, on_device, passive_scalar, precipitation,                &
220               prho_reference, pt_reference, pt_slope_offset, random_heatflux, &
221               run_coupled, simulated_time, simulated_time_chr,                &
222               skip_time_do2d_xy, skip_time_do2d_xz, skip_time_do2d_yz,        &
223               skip_time_do3d, skip_time_domask, skip_time_dopr,               &
224               skip_time_dosp, skip_time_data_output_av, sloping_surface,      &
225               stop_dt, terminate_coupled, terminate_run, timestep_scheme,     &
226               time_coupling, time_do2d_xy, time_do2d_xz, time_do2d_yz,        &
227               time_do3d, time_domask, time_dopr, time_dopr_av,                &
228               time_dopr_listing, time_dopts, time_dosp, time_dosp_av,         &
229               time_dots, time_do_av, time_do_sla, time_disturb, time_dvrp,    &
230               time_run_control, time_since_reference_point,                   &
231               turbulence,                                                     &
232               turbulent_inflow, use_initial_profile_as_reference,             &
233               use_single_reference_value, u_gtrans, v_gtrans, ws_scheme_mom,  &
234               ws_scheme_sca
235
236    USE cpulog,                                                                &
237        ONLY:  cpu_log, log_point, log_point_s
238
239    USE indices,                                                               &
240        ONLY:  i_left, i_right, j_north, j_south, nbgp, nx, nxl, nxlg, nxr,    &
241               nxrg, nyn, nys, nzb, nzt, nzb_u_inner, nzb_v_inner 
242
243    USE interaction_droplets_ptq_mod,                                          &
244        ONLY:  interaction_droplets_ptq
245
246    USE kinds
247
248    USE land_surface_model_mod,                                                &
249        ONLY:  land_surface, lsm_energy_balance, lsm_soil_model,               &
250               skip_time_do_lsm
251
252    USE ls_forcing_mod,                                                        &
253        ONLY:  ls_forcing_surf, ls_forcing_vert
254
255    USE nudge_mod,                                                             &
256        ONLY:  calc_tnudge, nudge_ref
257
258    USE particle_attributes,                                                   &
259        ONLY:  particle_advection, particle_advection_start,                   &
260               use_sgs_for_particles, wang_kernel
261
262    USE pegrid
263
264    USE pmc_interface,                                                         &
265        ONLY:  client_to_server, nested_run, nesting_mode,                     &
266               pmci_client_synchronize, pmci_datatrans,                        &
267               pmci_ensure_nest_mass_conservation,                             &
268               pmci_server_synchronize, server_to_client
269
270    USE production_e_mod,                                                      &
271        ONLY:  production_e_init
272
273    USE progress_bar,                                                          &
274        ONLY:  finish_progress_bar, output_progress_bar
275
276    USE prognostic_equations_mod,                                              &
277        ONLY:  prognostic_equations_acc, prognostic_equations_cache,           &
278               prognostic_equations_vector
279
280    USE radiation_model_mod,                                                   &
281        ONLY: dt_radiation, force_radiation_call, radiation,                   &
282              radiation_clearsky, radiation_rrtmg, radiation_scheme,           &
283              skip_time_do_radiation, time_radiation
284
285    USE spectrum,                                                              &
286        ONLY: calc_spectra
287
288    USE statistics,                                                            &
289        ONLY:  flow_statistics_called, hom, pr_palm, sums_ls_l
290
291    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
292        ONLY:  surface_layer_fluxes
293
294    USE user_actions_mod,                                                      &
295        ONLY:  user_actions
296
297    IMPLICIT NONE
298
299    CHARACTER (LEN=9) ::  time_to_string          !<
300
301!
302!-- At the beginning of a simulation determine the time step as well as
303!-- determine and print out the run control parameters
304    IF ( simulated_time == 0.0_wp )  CALL timestep
305
306!
307!-- Synchronize the timestep in case of nested run.
308!-- The server side must be called first
309    IF ( nested_run )  THEN
310       CALL pmci_server_synchronize
311       CALL pmci_client_synchronize
312    ENDIF
313
314    CALL run_control
315
316!
317!-- Data exchange between coupled models in case that a call has been omitted
318!-- at the end of the previous run of a job chain.
319    IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
320!
321!--    In case of model termination initiated by the local model the coupler
322!--    must not be called because this would again cause an MPI hang.
323       DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
324          CALL surface_coupler
325          time_coupling = time_coupling - dt_coupling
326       ENDDO
327       IF (time_coupling == 0.0_wp .AND. time_since_reference_point < dt_coupling)&
328       THEN
329          time_coupling = time_since_reference_point
330       ENDIF
331    ENDIF
332
333#if defined( __dvrp_graphics )
334!
335!-- Time measurement with dvrp software 
336    CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
337#endif
338
339    CALL location_message( 'start with time-stepping', .TRUE. )
340!
341!-- Start of the time loop
342    DO  WHILE ( simulated_time < end_time  .AND.  .NOT. stop_dt  .AND. &
343                .NOT. terminate_run )
344
345       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'start' )
346
347!
348!--    Determine size of next time step
349       IF ( simulated_time /= 0.0_wp )  THEN
350          CALL timestep
351
352          IF ( nested_run )  THEN
353!
354!--          TO_DO: try to give more detailed and meaningful comments here
355!--          Server side must be called first
356             CALL pmci_server_synchronize
357             CALL pmci_client_synchronize
358          ENDIF
359       ENDIF
360
361
362!
363!--    Determine ug, vg and w_subs in dependence on data from external file
364!--    LSF_DATA
365       IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_vert )  THEN
366           CALL ls_forcing_vert ( simulated_time )
367           sums_ls_l = 0.0_wp
368       ENDIF
369
370!
371!--    Set pt_init and q_init to the current profiles taken from
372!--    NUDGING_DATA
373       IF ( nudging )  THEN
374           CALL nudge_ref ( simulated_time )
375!
376!--        Store temperature gradient at the top boundary for possible Neumann
377!--        boundary condition
378           bc_pt_t_val = ( pt_init(nzt+1) - pt_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
379           bc_q_t_val  = ( q_init(nzt+1) - q_init(nzt) ) / dzu(nzt+1)
380       ENDIF
381
382!
383!--    Execute the user-defined actions
384       CALL user_actions( 'before_timestep' )
385
386!
387!--    Start of intermediate step loop
388       intermediate_timestep_count = 0
389       DO  WHILE ( intermediate_timestep_count < &
390                   intermediate_timestep_count_max )
391
392          intermediate_timestep_count = intermediate_timestep_count + 1
393
394!
395!--       Set the steering factors for the prognostic equations which depend
396!--       on the timestep scheme
397          CALL timestep_scheme_steering
398
399!
400!--       Calculate those variables needed in the tendency terms which need
401!--       global communication
402          IF ( .NOT. use_single_reference_value  .AND. &
403               .NOT. use_initial_profile_as_reference )  THEN
404!
405!--          Horizontally averaged profiles to be used as reference state in
406!--          buoyancy terms (WARNING: only the respective last call of
407!--          calc_mean_profile defines the reference state!)
408             IF ( .NOT. neutral )  THEN
409                CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
410                ref_state(:)  = hom(:,1,4,0) ! this is used in the buoyancy term
411             ENDIF
412             IF ( ocean )  THEN
413                CALL calc_mean_profile( rho, 64 )
414                ref_state(:)  = hom(:,1,64,0)
415             ENDIF
416             IF ( humidity )  THEN
417                CALL calc_mean_profile( vpt, 44 )
418                ref_state(:)  = hom(:,1,44,0)
419             ENDIF
420
421          ENDIF
422
423          IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL production_e_init
424          IF ( ( ws_scheme_mom .OR. ws_scheme_sca )  .AND.  &
425               intermediate_timestep_count == 1 )  CALL ws_statistics
426!
427!--       In case of nudging calculate current nudging time scale and horizontal
428!--       means of u, v, pt and q
429          IF ( nudging )  THEN
430             CALL calc_tnudge( simulated_time )
431             CALL calc_mean_profile( u, 1 )
432             CALL calc_mean_profile( v, 2 )
433             CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
434             CALL calc_mean_profile( q, 41 )
435          ENDIF
436
437!
438!--       Solve the prognostic equations. A fast cache optimized version with
439!--       only one single loop is used in case of Piascek-Williams advection
440!--       scheme. NEC vector machines use a different version, because
441!--       in the other versions a good vectorization is prohibited due to
442!--       inlining problems.
443          IF ( loop_optimization == 'cache' )  THEN
444             CALL prognostic_equations_cache
445          ELSEIF ( loop_optimization == 'vector' )  THEN
446             CALL prognostic_equations_vector
447          ELSEIF ( loop_optimization == 'acc' )  THEN
448             i_left  = nxl;         i_right = nxr
449             j_south = nys;         j_north = nyn
450             CALL prognostic_equations_acc
451
452!             i_left  = nxl;         i_right = nxl+nbgp-1
453!             j_south = nys;         j_north = nyn
454!             CALL prognostic_equations_acc
455!             i_left  = nxr-nbgp+1;  i_right = nxr
456!             j_south = nys;         j_north = nyn
457!             CALL prognostic_equations_acc
458
459!
460!--          Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
461             IF ( background_communication )  THEN
462
463                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
464               
465                send_receive = 'lr'
466                sendrecv_in_background = .TRUE.
467                req          = 0
468                req_count    = 0
469
470                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
471                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
472                ELSE                          ! of ghost point exchange
473                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
474                ENDIF
475
476                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
477                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
478                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
479                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
480                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
481                IF ( ocean )  THEN
482                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
483                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
484                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
485                ENDIF
486                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
487                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
488                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
489                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
490                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
491                   ENDIF
492                ENDIF
493                IF ( cloud_droplets )  THEN
494                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
495                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
496                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
497                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
498                ENDIF
499                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
500                THEN
501                   CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
502                ENDIF
503
504                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
505                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
506                ELSE                          ! of ghost point exchange
507                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
508                ENDIF
509
510                sendrecv_in_background = .FALSE.
511
512                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'pause' )
513
514             ENDIF
515
516!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
517!             j_south = nys;         j_north = nys+nbgp-1
518!             CALL prognostic_equations_acc
519!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
520!             j_south = nyn-nbgp+1;  j_north = nyn
521!             CALL prognostic_equations_acc
522
523             IF ( background_communication )  THEN
524                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'start' )
525#if defined( __parallel )
526                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
527#endif
528                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'pause' )
529
530                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'continue' )
531
532                send_receive = 'ns'
533                sendrecv_in_background = .TRUE.
534                req          = 0
535                req_count    = 0
536
537                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
538                   on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
539                ELSE                          ! of ghost point exchange
540                   !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
541                ENDIF
542
543                CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
544                CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
545                CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
546                CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
547                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
548                IF ( ocean )  THEN
549                   CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
550                   CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
551                  CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
552                ENDIF
553                IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
554                   CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
555                   IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0 )  THEN
556                      CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
557                      CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
558                   ENDIF
559                ENDIF
560                IF ( cloud_droplets )  THEN
561                   CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
562                   CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
563                   CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
564                   CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
565                ENDIF
566                IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
567                THEN
568                   CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
569                ENDIF
570
571                IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
572                   on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
573                ELSE                          ! of ghost point exchange
574                   !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
575                ENDIF
576
577                sendrecv_in_background = .FALSE.
578
579                CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
580
581             ENDIF
582
583!             i_left  = nxl+nbgp;    i_right = nxr-nbgp
584!             j_south = nys+nbgp;    j_north = nyn-nbgp
585!             CALL prognostic_equations_acc
586
587             IF ( background_communication )  THEN
588                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'continue' )
589#if defined( __parallel )
590                CALL MPI_WAITALL( req_count, req, wait_stat, ierr )
591#endif
592                send_receive = 'al'
593                CALL cpu_log( log_point(41), 'exchange-horiz-wait', 'stop' )
594             ENDIF
595
596          ENDIF
597
598!
599!--       Particle transport/physics with the Lagrangian particle model
600!--       (only once during intermediate steps, because it uses an Euler-step)
601!--       ### particle model should be moved before prognostic_equations, in order
602!--       to regard droplet interactions directly
603          IF ( particle_advection  .AND.                         &
604               simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
605               intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
606             CALL lpm
607             first_call_lpm = .FALSE.
608          ENDIF
609
610!
611!--       Interaction of droplets with temperature and specific humidity.
612!--       Droplet condensation and evaporation is calculated within
613!--       advec_particles.
614          IF ( cloud_droplets  .AND.  &
615               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
616          THEN
617             CALL interaction_droplets_ptq
618          ENDIF
619
620!
621!--       Exchange of ghost points (lateral boundary conditions)
622          IF ( .NOT. background_communication )  THEN
623
624             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'start' )
625
626             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
627                on_device = .TRUE.         ! to be removed after complete porting
628             ELSE                          ! of ghost point exchange
629                !$acc update host( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
630             ENDIF
631
632             CALL exchange_horiz( u_p, nbgp )
633             CALL exchange_horiz( v_p, nbgp )
634             CALL exchange_horiz( w_p, nbgp )
635             CALL exchange_horiz( pt_p, nbgp )
636             IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e_p, nbgp )
637             IF ( ocean )  THEN
638                CALL exchange_horiz( sa_p, nbgp )
639                CALL exchange_horiz( rho, nbgp )
640                CALL exchange_horiz( prho, nbgp )
641             ENDIF
642             IF (humidity  .OR.  passive_scalar)  THEN
643                CALL exchange_horiz( q_p, nbgp )
644                IF ( cloud_physics .AND. icloud_scheme == 0  .AND.  &
645                     precipitation )  THEN
646                   CALL exchange_horiz( qr_p, nbgp )
647                   CALL exchange_horiz( nr_p, nbgp )
648                ENDIF
649             ENDIF
650             IF ( cloud_droplets )  THEN
651                CALL exchange_horiz( ql, nbgp )
652                CALL exchange_horiz( ql_c, nbgp )
653                CALL exchange_horiz( ql_v, nbgp )
654                CALL exchange_horiz( ql_vp, nbgp )
655             ENDIF
656             IF ( wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  use_sgs_for_particles ) &
657             THEN
658                CALL exchange_horiz( diss, nbgp )
659             ENDIF
660
661             IF ( numprocs == 1 )  THEN    ! workaround for single-core GPU runs
662                on_device = .FALSE.        ! to be removed after complete porting
663             ELSE                          ! of ghost point exchange
664                !$acc update device( e_p, pt_p, u_p, v_p, w_p )
665             ENDIF
666
667             CALL cpu_log( log_point(26), 'exchange-horiz-progn', 'stop' )
668
669          ENDIF
670
671!
672!--       Boundary conditions for the prognostic quantities (except of the
673!--       velocities at the outflow in case of a non-cyclic lateral wall)
674          CALL boundary_conds
675
676!
677!--       Swap the time levels in preparation for the next time step.
678          CALL swap_timelevel
679
680          IF ( nested_run )  THEN
681
682             CALL cpu_log( log_point(60), 'nesting', 'start' )
683!
684!--          Domain nesting. The data transfer subroutines pmci_server_datatrans
685!--          and pmci_client_datatatrans are called inside the wrapper
686!--          subroutine pmci_datatrans according to the control parameters
687!--          nesting_mode and nesting_datatransfer_mode.
688!--          TO_DO: why is nesting_mode given as a parameter here?
689             CALL pmci_datatrans( nesting_mode )
690
691             IF ( nesting_mode == 'two-way' )  THEN
692!
693!--             Exchange_horiz is needed for all server-domains after the
694!--             anterpolation
695                CALL exchange_horiz( u, nbgp )
696                CALL exchange_horiz( v, nbgp )
697                CALL exchange_horiz( w, nbgp )
698                CALL exchange_horiz( pt, nbgp )
699                IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
700                   CALL exchange_horiz( q, nbgp )
701                ENDIF
702                IF ( .NOT. constant_diffusion )  CALL exchange_horiz( e, nbgp )
703             ENDIF
704!
705!--          Correct the w top-BC in nest domains to ensure mass conservation.
706!--          This action must never be done for the root domain.
707             IF ( nest_domain )  THEN
708                CALL pmci_ensure_nest_mass_conservation
709             ENDIF
710
711             CALL cpu_log( log_point(60), 'nesting', 'stop' )
712
713          ENDIF
714
715!
716!--       Temperature offset must be imposed at cyclic boundaries in x-direction
717!--       when a sloping surface is used
718          IF ( sloping_surface )  THEN
719             IF ( nxl ==  0 )  pt(:,:,nxlg:nxl-1) = pt(:,:,nxlg:nxl-1) - &
720                                                    pt_slope_offset
721             IF ( nxr == nx )  pt(:,:,nxr+1:nxrg) = pt(:,:,nxr+1:nxrg) + &
722                                                    pt_slope_offset
723          ENDIF
724
725!
726!--       Impose a turbulent inflow using the recycling method
727          IF ( turbulent_inflow )  CALL  inflow_turbulence
728
729!
730!--       Impose a random perturbation on the horizontal velocity field
731          IF ( create_disturbances  .AND.                                      &
732               ( call_psolver_at_all_substeps  .AND.                           &
733               intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
734          .OR. ( .NOT. call_psolver_at_all_substeps  .AND.                     &
735               intermediate_timestep_count == 1 ) )                            &
736          THEN
737             time_disturb = time_disturb + dt_3d
738             IF ( time_disturb >= dt_disturb )  THEN
739                !$acc update host( u, v )
740                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .FALSE.  ! workaround, remove later
741                IF ( disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND.                 &
742                     hom(nzb+5,1,pr_palm,0) < disturbance_energy_limit )  THEN
743                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
744                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
745                ELSEIF ( .NOT. bc_lr_cyc  .OR.  .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
746!
747!--                Runs with a non-cyclic lateral wall need perturbations
748!--                near the inflow throughout the whole simulation
749                   dist_range = 1
750                   CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
751                   CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
752                   dist_range = 0
753                ENDIF
754                IF ( numprocs == 1 )  on_device = .TRUE.  ! workaround, remove later
755                !$acc update device( u, v )
756                time_disturb = time_disturb - dt_disturb
757             ENDIF
758          ENDIF
759
760!
761!--       Reduce the velocity divergence via the equation for perturbation
762!--       pressure.
763          IF ( intermediate_timestep_count == 1  .OR. &
764                call_psolver_at_all_substeps )  THEN
765             CALL pres
766          ENDIF
767
768!
769!--       If required, compute liquid water content
770          IF ( cloud_physics )  THEN
771             CALL calc_liquid_water_content
772             !$acc update device( ql )
773          ENDIF
774!
775!--       If required, compute virtual potential temperature
776          IF ( humidity )  THEN
777             CALL compute_vpt 
778             !$acc update device( vpt )
779          ENDIF 
780
781!
782!--       Compute the diffusion quantities
783          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
784
785!
786!--          Determine surface fluxes shf and qsws and surface values
787!--          pt_surface and q_surface in dependence on data from external
788!--          file LSF_DATA respectively
789             IF ( ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) .AND. &
790                 intermediate_timestep_count == intermediate_timestep_count_max )&
791             THEN
792                CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
793             ENDIF
794
795!
796!--          First the vertical fluxes in the surface (constant flux) layer are computed
797             IF ( constant_flux_layer )  THEN
798                CALL cpu_log( log_point(19), 'surface_layer_fluxes', 'start' )
799                CALL surface_layer_fluxes
800                CALL cpu_log( log_point(19), 'surface_layer_fluxes', 'stop' )
801             ENDIF
802
803!
804!--          If required, solve the energy balance for the surface and run soil
805!--          model
806             IF ( land_surface .AND. simulated_time > skip_time_do_lsm)  THEN
807
808                CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'start' )
809                CALL lsm_energy_balance
810                CALL lsm_soil_model
811                CALL cpu_log( log_point(54), 'land_surface', 'stop' )
812             ENDIF
813!
814!--          Compute the diffusion coefficients
815             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'start' )
816             IF ( .NOT. humidity ) THEN
817                IF ( ocean )  THEN
818                   CALL diffusivities( prho, prho_reference )
819                ELSE
820                   CALL diffusivities( pt, pt_reference )
821                ENDIF
822             ELSE
823                CALL diffusivities( vpt, pt_reference )
824             ENDIF
825             CALL cpu_log( log_point(17), 'diffusivities', 'stop' )
826
827          ENDIF
828
829!
830!--       If required, calculate radiative fluxes and heating rates
831          IF ( radiation .AND. intermediate_timestep_count                     &
832               == intermediate_timestep_count_max .AND. simulated_time >    &
833               skip_time_do_radiation )  THEN
834
835               time_radiation = time_radiation + dt_3d
836
837             IF ( time_radiation >= dt_radiation .OR. force_radiation_call )   &
838             THEN
839
840                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'start' )
841
842                IF ( .NOT. force_radiation_call )  THEN
843                   time_radiation = time_radiation - dt_radiation
844                ENDIF
845
846                IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
847                   CALL radiation_clearsky
848                ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
849                   CALL radiation_rrtmg
850                ENDIF
851
852                CALL cpu_log( log_point(50), 'radiation', 'stop' )
853             ENDIF
854          ENDIF
855
856       ENDDO   ! Intermediate step loop
857
858!
859!--    Increase simulation time and output times
860       nr_timesteps_this_run      = nr_timesteps_this_run + 1
861       current_timestep_number    = current_timestep_number + 1
862       simulated_time             = simulated_time   + dt_3d
863       simulated_time_chr         = time_to_string( simulated_time )
864       time_since_reference_point = simulated_time - coupling_start_time
865
866       IF ( simulated_time >= skip_time_data_output_av )  THEN
867          time_do_av         = time_do_av       + dt_3d
868       ENDIF
869       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xy )  THEN
870          time_do2d_xy       = time_do2d_xy     + dt_3d
871       ENDIF
872       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_xz )  THEN
873          time_do2d_xz       = time_do2d_xz     + dt_3d
874       ENDIF
875       IF ( simulated_time >= skip_time_do2d_yz )  THEN
876          time_do2d_yz       = time_do2d_yz     + dt_3d
877       ENDIF
878       IF ( simulated_time >= skip_time_do3d    )  THEN
879          time_do3d          = time_do3d        + dt_3d
880       ENDIF
881       DO  mid = 1, masks
882          IF ( simulated_time >= skip_time_domask(mid) )  THEN
883             time_domask(mid)= time_domask(mid) + dt_3d
884          ENDIF
885       ENDDO
886       time_dvrp          = time_dvrp        + dt_3d
887       IF ( simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
888          time_dosp       = time_dosp        + dt_3d
889       ENDIF
890       time_dots          = time_dots        + dt_3d
891       IF ( .NOT. first_call_lpm )  THEN
892          time_dopts      = time_dopts       + dt_3d
893       ENDIF
894       IF ( simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
895          time_dopr       = time_dopr        + dt_3d
896       ENDIF
897       time_dopr_listing          = time_dopr_listing        + dt_3d
898       time_run_control   = time_run_control + dt_3d
899
900!
901!--    Data exchange between coupled models
902       IF ( coupling_mode /= 'uncoupled'  .AND.  run_coupled )  THEN
903          time_coupling = time_coupling + dt_3d
904
905!
906!--       In case of model termination initiated by the local model
907!--       (terminate_coupled > 0), the coupler must be skipped because it would
908!--       cause an MPI intercomminucation hang.
909!--       If necessary, the coupler will be called at the beginning of the
910!--       next restart run.
911          DO WHILE ( time_coupling >= dt_coupling .AND. terminate_coupled == 0 )
912             CALL surface_coupler
913             time_coupling = time_coupling - dt_coupling
914          ENDDO
915       ENDIF
916
917!
918!--    Execute user-defined actions
919       CALL user_actions( 'after_integration' )
920
921!
922!--    If Galilei transformation is used, determine the distance that the
923!--    model has moved so far
924       IF ( galilei_transformation )  THEN
925          advected_distance_x = advected_distance_x + u_gtrans * dt_3d
926          advected_distance_y = advected_distance_y + v_gtrans * dt_3d
927       ENDIF
928
929!
930!--    Check, if restart is necessary (because cpu-time is expiring or
931!--    because it is forced by user) and set stop flag
932!--    This call is skipped if the remote model has already initiated a restart.
933       IF ( .NOT. terminate_run )  CALL check_for_restart
934
935!
936!--    Carry out statistical analysis and output at the requested output times.
937!--    The MOD function is used for calculating the output time counters (like
938!--    time_dopr) in order to regard a possible decrease of the output time
939!--    interval in case of restart runs
940
941!
942!--    Set a flag indicating that so far no statistics have been created
943!--    for this time step
944       flow_statistics_called = .FALSE.
945
946!
947!--    If required, call flow_statistics for averaging in time
948       IF ( averaging_interval_pr /= 0.0_wp  .AND.  &
949            ( dt_dopr - time_dopr ) <= averaging_interval_pr  .AND.  &
950            simulated_time >= skip_time_dopr )  THEN
951          time_dopr_av = time_dopr_av + dt_3d
952          IF ( time_dopr_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
953             do_sum = .TRUE.
954             time_dopr_av = MOD( time_dopr_av, &
955                                    MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
956          ENDIF
957       ENDIF
958       IF ( do_sum )  CALL flow_statistics
959
960!
961!--    Sum-up 3d-arrays for later output of time-averaged 2d/3d/masked data
962       IF ( averaging_interval /= 0.0_wp  .AND.                                &
963            ( dt_data_output_av - time_do_av ) <= averaging_interval  .AND. &
964            simulated_time >= skip_time_data_output_av )                    &
965       THEN
966          time_do_sla = time_do_sla + dt_3d
967          IF ( time_do_sla >= dt_averaging_input )  THEN
968             CALL sum_up_3d_data
969             average_count_3d = average_count_3d + 1
970             time_do_sla = MOD( time_do_sla, MAX( dt_averaging_input, dt_3d ) )
971          ENDIF
972       ENDIF
973
974!
975!--    Calculate spectra for time averaging
976       IF ( averaging_interval_sp /= 0.0_wp  .AND.  &
977            ( dt_dosp - time_dosp ) <= averaging_interval_sp  .AND.  &
978            simulated_time >= skip_time_dosp )  THEN
979          time_dosp_av = time_dosp_av + dt_3d
980          IF ( time_dosp_av >= dt_averaging_input_pr )  THEN
981             CALL calc_spectra
982             time_dosp_av = MOD( time_dosp_av, &
983                                 MAX( dt_averaging_input_pr, dt_3d ) )
984          ENDIF
985       ENDIF
986
987!
988!--    Computation and output of run control parameters.
989!--    This is also done whenever perturbations have been imposed
990       IF ( time_run_control >= dt_run_control  .OR.                     &
991            timestep_scheme(1:5) /= 'runge'  .OR.  disturbance_created ) &
992       THEN
993          CALL run_control
994          IF ( time_run_control >= dt_run_control )  THEN
995             time_run_control = MOD( time_run_control, &
996                                     MAX( dt_run_control, dt_3d ) )
997          ENDIF
998       ENDIF
999
1000!
1001!--    Profile output (ASCII) on file
1002       IF ( time_dopr_listing >= dt_dopr_listing )  THEN
1003          CALL print_1d
1004          time_dopr_listing = MOD( time_dopr_listing, MAX( dt_dopr_listing, &
1005                                                           dt_3d ) )
1006       ENDIF
1007
1008!
1009!--    Graphic output for PROFIL
1010       IF ( time_dopr >= dt_dopr )  THEN
1011          IF ( dopr_n /= 0 )  CALL data_output_profiles
1012          time_dopr = MOD( time_dopr, MAX( dt_dopr, dt_3d ) )
1013          time_dopr_av = 0.0_wp    ! due to averaging (see above)
1014       ENDIF
1015
1016!
1017!--    Graphic output for time series
1018       IF ( time_dots >= dt_dots )  THEN
1019          CALL data_output_tseries
1020          time_dots = MOD( time_dots, MAX( dt_dots, dt_3d ) )
1021       ENDIF
1022
1023!
1024!--    Output of spectra (formatted for use with PROFIL), in case of no
1025!--    time averaging, spectra has to be calculated before
1026       IF ( time_dosp >= dt_dosp )  THEN
1027          IF ( average_count_sp == 0 )  CALL calc_spectra
1028          CALL data_output_spectra
1029          time_dosp = MOD( time_dosp, MAX( dt_dosp, dt_3d ) )
1030       ENDIF
1031
1032!
1033!--    2d-data output (cross-sections)
1034       IF ( time_do2d_xy >= dt_do2d_xy )  THEN
1035          CALL data_output_2d( 'xy', 0 )
1036          time_do2d_xy = MOD( time_do2d_xy, MAX( dt_do2d_xy, dt_3d ) )
1037       ENDIF
1038       IF ( time_do2d_xz >= dt_do2d_xz )  THEN
1039          CALL data_output_2d( 'xz', 0 )
1040          time_do2d_xz = MOD( time_do2d_xz, MAX( dt_do2d_xz, dt_3d ) )
1041       ENDIF
1042       IF ( time_do2d_yz >= dt_do2d_yz )  THEN
1043          CALL data_output_2d( 'yz', 0 )
1044          time_do2d_yz = MOD( time_do2d_yz, MAX( dt_do2d_yz, dt_3d ) )
1045       ENDIF
1046
1047!
1048!--    3d-data output (volume data)
1049       IF ( time_do3d >= dt_do3d )  THEN
1050          CALL data_output_3d( 0 )
1051          time_do3d = MOD( time_do3d, MAX( dt_do3d, dt_3d ) )
1052       ENDIF
1053
1054!
1055!--    Masked data output
1056       DO  mid = 1, masks
1057          IF ( time_domask(mid) >= dt_domask(mid) )  THEN
1058             CALL data_output_mask( 0 )
1059             time_domask(mid) = MOD( time_domask(mid),  &
1060                                     MAX( dt_domask(mid), dt_3d ) )
1061          ENDIF
1062       ENDDO
1063
1064!
1065!--    Output of time-averaged 2d/3d/masked data
1066       IF ( time_do_av >= dt_data_output_av )  THEN
1067          CALL average_3d_data
1068          CALL data_output_2d( 'xy', 1 )
1069          CALL data_output_2d( 'xz', 1 )
1070          CALL data_output_2d( 'yz', 1 )
1071          CALL data_output_3d( 1 )
1072          DO  mid = 1, masks
1073             CALL data_output_mask( 1 )
1074          ENDDO
1075          time_do_av = MOD( time_do_av, MAX( dt_data_output_av, dt_3d ) )
1076       ENDIF
1077
1078!
1079!--    Output of particle time series
1080       IF ( particle_advection )  THEN
1081          IF ( time_dopts >= dt_dopts  .OR. &
1082               ( simulated_time >= particle_advection_start  .AND. &
1083                 first_call_lpm ) )  THEN
1084             CALL data_output_ptseries
1085             time_dopts = MOD( time_dopts, MAX( dt_dopts, dt_3d ) )
1086          ENDIF
1087       ENDIF
1088
1089!
1090!--    Output of dvrp-graphics (isosurface, particles, slicer)
1091#if defined( __dvrp_graphics )
1092       CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number-1 )
1093#endif
1094       IF ( time_dvrp >= dt_dvrp )  THEN
1095          CALL data_output_dvrp
1096          time_dvrp = MOD( time_dvrp, MAX( dt_dvrp, dt_3d ) )
1097       ENDIF
1098#if defined( __dvrp_graphics )
1099       CALL DVRP_LOG_EVENT( 2, current_timestep_number )
1100#endif
1101
1102!
1103!--    If required, set the heat flux for the next time step at a random value
1104       IF ( constant_heatflux  .AND.  random_heatflux )  CALL disturb_heatflux
1105
1106!
1107!--    Execute user-defined actions
1108       CALL user_actions( 'after_timestep' )
1109
1110!
1111!--    Output elapsed simulated time in form of a progress bar on stdout
1112       IF ( myid == 0 )  CALL output_progress_bar
1113
1114       CALL cpu_log( log_point_s(10), 'timesteps', 'stop' )
1115
1116
1117    ENDDO   ! time loop
1118
1119    IF ( myid == 0 )  CALL finish_progress_bar
1120
1121#if defined( __dvrp_graphics )
1122    CALL DVRP_LOG_EVENT( -2, current_timestep_number )
1123#endif
1124
1125    CALL location_message( 'finished time-stepping', .TRUE. )
1126
1127 END SUBROUTINE time_integration
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.