source: palm/trunk/UTIL/inifor/src/inifor_io.f90 @ 3538

Last change on this file since 3538 was 3537, checked in by eckhard, 6 years ago

inifor: COSMO-D2 support

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 43.7 KB
Line 
1!> @file src/inifor_io.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 2017-2018 Leibniz Universitaet Hannover
18! Copyright 2017-2018 Deutscher Wetterdienst Offenbach
19!------------------------------------------------------------------------------!
20!
21! Current revisions:
22! -----------------
23!
24!
25! Former revisions:
26! -----------------
27! $Id: inifor_io.f90 3537 2018-11-20 10:53:14Z suehring $
28! New routine get_netcdf_dim_vector()
29!
30!
31! 3534 2018-11-19 15:35:16Z raasch
32! bugfix: INTENT attribute changed
33!
34! 3456 2018-10-30 14:29:54Z eckhard
35! NetCDf output of internal arrays only with --debug option
36!
37!
38! 3447 2018-10-29 15:52:54Z eckhard
39! Removed INCLUDE statement for get_netcdf_variable()
40! Renamed source files for compatibilty with PALM build system
41!
42!
43! 3395 2018-10-22 17:32:49Z eckhard
44! Added command-line options for configuring the computation of geostrophic
45!     winds (--averagin-mode, --averaging-angle)
46! Added command-line option --input-prefix for setting input file prefixes all
47!     at once
48! Added --debug option for more verbose terminal output
49! Added option-specific *_is_set LOGICALs to indicate invocation from the
50!     command-line
51! Improved error messages in case of empty file-name strings
52! Improved routine naming
53!
54! 3183 2018-07-27 14:25:55Z suehring
55! Introduced new PALM grid stretching
56! Updated variable names and metadata for PIDS v1.9 compatibility
57! Improved handling of the start date string
58! Better compatibility with older Intel compilers:
59! - avoiding implicit array allocation with new get_netcdf_variable()
60!   subroutine instead of function
61! Improved command line interface:
62! - Added configuration validation
63! - New options to configure input file prefixes
64! - GNU-style short and long option names
65! - Added version and copyright output
66!
67!
68! 3182 2018-07-27 13:36:03Z suehring
69! Initial revision
70!
71!
72!
73! Authors:
74! --------
75! @author Eckhard Kadasch
76!
77! Description:
78! ------------
79!> The io module contains the functions needed to read and write netCDF data in
80!> INIFOR.
81!------------------------------------------------------------------------------!
82 MODULE io
83
84    USE control
85    USE defs,                                                                  &
86        ONLY:  DATE, SNAME, PATH, PI, dp, hp, TO_RADIANS, TO_DEGREES, VERSION
87    USE netcdf
88    USE types
89    USE util,                                                                  &
90        ONLY:  reverse, str, real_to_str
91
92    IMPLICIT NONE
93
94    INTERFACE get_netcdf_variable
95        MODULE PROCEDURE get_netcdf_variable_int
96        MODULE PROCEDURE get_netcdf_variable_real
97    END INTERFACE get_netcdf_variable
98
99    PRIVATE ::  get_netcdf_variable_int, get_netcdf_variable_real
100
101 CONTAINS
102
103    SUBROUTINE get_netcdf_variable_int(in_file, in_var, buffer)
104
105       CHARACTER(LEN=PATH), INTENT(IN)         ::  in_file
106       TYPE(nc_var), INTENT(INOUT)             ::  in_var
107       INTEGER(hp), ALLOCATABLE, INTENT(INOUT) ::  buffer(:,:,:)
108
109       INTEGER               ::  ncid
110       INTEGER, DIMENSION(3) ::  start, count
111
112       IF ( nf90_open( TRIM(in_file), NF90_NOWRITE, ncid ) .EQ. NF90_NOERR .AND. &
113            nf90_inq_varid( ncid, in_var % name, in_var % varid ) .EQ. NF90_NOERR )  THEN
114
115          CALL get_input_dimensions(in_var, ncid)
116
117          CALL get_netcdf_start_and_count(in_var, start, count)
118 CALL run_control('time', 'read')
119
120          ALLOCATE( buffer( count(1), count(2), count(3) ) )
121 CALL run_control('time', 'alloc')
122
123          CALL check(nf90_get_var( ncid, in_var % varid, buffer,                  &
124                                   start = start,                                 &
125                                   count = count ))
126
127       ELSE
128
129          message = "Failed to read '" // TRIM(in_var % name) // &
130             "' from file '" // TRIM(in_file) // "'."
131          CALL abort('get_netcdf_variable', message)
132
133       END IF
134
135       CALL check(nf90_close(ncid))
136 CALL run_control('time', 'read')
137
138    END SUBROUTINE get_netcdf_variable_int
139
140
141    SUBROUTINE get_netcdf_variable_real(in_file, in_var, buffer)
142
143       CHARACTER(LEN=PATH), INTENT(IN)      ::  in_file
144       TYPE(nc_var), INTENT(INOUT)          ::  in_var
145       REAL(dp), ALLOCATABLE, INTENT(INOUT) ::  buffer(:,:,:)
146
147       INTEGER               ::  ncid
148       INTEGER, DIMENSION(3) ::  start, count
149
150       IF ( nf90_open( TRIM(in_file), NF90_NOWRITE, ncid ) .EQ. NF90_NOERR .AND. &
151            nf90_inq_varid( ncid, in_var % name, in_var % varid ) .EQ. NF90_NOERR )  THEN
152
153          CALL get_input_dimensions(in_var, ncid)
154
155          CALL get_netcdf_start_and_count(in_var, start, count)
156 CALL run_control('time', 'read')
157
158          ALLOCATE( buffer( count(1), count(2), count(3) ) )
159 CALL run_control('time', 'alloc')
160
161          CALL check(nf90_get_var( ncid, in_var % varid, buffer,                  &
162                                   start = start,                                 &
163                                   count = count ))
164
165       ELSE
166
167          message = "Failed to read '" // TRIM(in_var % name) // &
168             "' from file '" // TRIM(in_file) // "'."
169          CALL abort('get_netcdf_variable', message)
170
171       END IF
172
173       CALL check(nf90_close(ncid))
174 CALL run_control('time', 'read')
175
176    END SUBROUTINE get_netcdf_variable_real
177
178
179    SUBROUTINE get_netcdf_dim_vector(filename, varname, array)
180
181       CHARACTER(LEN=*), INTENT(IN)         ::  filename
182       CHARACTER(LEN=*), INTENT(IN)         ::  varname
183       REAL(dp), ALLOCATABLE, INTENT(INOUT) ::  array(:)
184
185       INTEGER ::  ncid, varid, dimlen
186       INTEGER ::  dimids(NF90_MAX_VAR_DIMS)
187
188       IF ( nf90_open( TRIM(filename), NF90_NOWRITE, ncid ) .EQ. NF90_NOERR .AND. &
189            nf90_inq_varid( ncid, varname, varid ) .EQ. NF90_NOERR )  THEN
190
191          CALL check(nf90_inquire_variable( ncid, varid, dimids = dimids ))
192          CALL check(nf90_inquire_dimension( ncid, dimids(1), len = dimlen ))
193
194          ALLOCATE(array(dimlen))
195          CALL check(nf90_get_var( ncid, varid, array ))
196
197       ELSE
198
199          message = "Failed to read '" // TRIM(varname) // &
200             "' from file '" // TRIM(filename) // "'."
201          CALL abort('get_netcdf_dim_vector', message)
202
203       END IF
204
205    END SUBROUTINE get_netcdf_dim_vector
206
207
208    SUBROUTINE get_input_dimensions(in_var, ncid)
209
210       TYPE(nc_var), INTENT(INOUT) ::  in_var
211       INTEGER, INTENT(IN)         ::  ncid
212
213       INTEGER ::  i
214
215       CALL check(nf90_get_att( ncid, in_var % varid, "long_name",             &
216                                in_var % long_name))
217
218       CALL check(nf90_get_att( ncid, in_var % varid, "units",                 &
219                                in_var % units ))
220
221       CALL check(nf90_inquire_variable( ncid, in_var % varid,                 &
222                                         ndims  = in_var % ndim,               &
223                                         dimids = in_var % dimids ))
224
225       DO i = 1, in_var % ndim
226          CALL check(nf90_inquire_dimension( ncid, in_var % dimids(i),         &
227                                             name = in_var % dimname(i),       &
228                                             len  = in_var % dimlen(i) ))
229       END DO
230
231    END SUBROUTINE get_input_dimensions
232
233
234    SUBROUTINE get_netcdf_start_and_count(in_var, start, count)
235
236       TYPE(nc_var), INTENT(INOUT)        ::  in_var
237       INTEGER, DIMENSION(3), INTENT(OUT) ::  start, count
238
239       INTEGER ::  ndim
240
241       IF ( in_var % ndim .LT. 2  .OR.  in_var % ndim .GT. 4 )  THEN
242
243          message = "Failed reading NetCDF variable " //                       &
244             TRIM(in_var % name) // " with " // TRIM(str(in_var % ndim)) //    &
245             " dimensions because only two- and and three-dimensional" //      &
246             " variables are supported."
247          CALL abort('get_netcdf_start_and_count', message)
248
249       END IF
250
251       start = (/ 1, 1, 1 /)
252       IF ( TRIM(in_var % name) .EQ. 'T_SO' )  THEN
253          ! Skip depth = 0.0 for T_SO and reduce number of depths from 9 to 8
254          in_var % dimlen(3) = in_var % dimlen(3) - 1
255
256          ! Start reading from second level, e.g. depth = 0.005 instead of 0.0
257          start(3) = 2
258       END IF
259
260       IF (in_var % ndim .EQ. 2)  THEN
261          in_var % dimlen(3) = 1
262       ENDIF
263
264       ndim = MIN(in_var % ndim, 3)
265       count = (/ 1, 1, 1 /)
266       count(1:ndim) = in_var % dimlen(1:ndim)
267
268    END SUBROUTINE get_netcdf_start_and_count
269
270
271    SUBROUTINE netcdf_define_variable(var, ncid)
272
273        TYPE(nc_var), INTENT(INOUT) ::  var
274        INTEGER, INTENT(IN)         ::  ncid
275
276        CALL check(nf90_def_var(ncid, var % name, NF90_FLOAT,       var % dimids(1:var % ndim), var % varid))
277        CALL check(nf90_put_att(ncid, var % varid, "long_name",     var % long_name))
278        CALL check(nf90_put_att(ncid, var % varid, "units",         var % units))
279        IF ( var % lod .GE. 0 )  THEN
280           CALL check(nf90_put_att(ncid, var % varid, "lod",           var % lod))
281        END IF
282        CALL check(nf90_put_att(ncid, var % varid, "source",        var % source))
283        CALL check(nf90_put_att(ncid, var % varid, "_FillValue",    NF90_FILL_REAL))
284
285    END SUBROUTINE netcdf_define_variable
286   
287
288    SUBROUTINE netcdf_get_dimensions(var, ncid)
289
290        TYPE(nc_var), INTENT(INOUT) ::  var
291        INTEGER, INTENT(IN)         ::  ncid
292        INTEGER                     ::  i
293        CHARACTER(SNAME)            ::  null
294
295        ! Remember dimension lenghts for NetCDF writing routine
296        DO i = 1, var % ndim
297           CALL check(nf90_inquire_dimension(ncid, var % dimids(i), &
298                                             name = null, &
299                                             len  = var % dimlen(i)  ) )
300        END DO
301
302    END SUBROUTINE netcdf_get_dimensions
303
304
305!------------------------------------------------------------------------------!
306! Description:
307! ------------
308!> This routine initializes Inifor. This includes parsing command-line
309!> arguments, setting the names of the input and output file names as well as
310!> the name of the input namelist and, subsequently, reading in and setting grid
311!> parameters for the PALM-4U computational grid.
312!------------------------------------------------------------------------------!
313    SUBROUTINE parse_command_line_arguments( cfg )
314
315       TYPE(inifor_config), INTENT(INOUT) ::  cfg
316
317       CHARACTER(LEN=PATH)                ::  option, arg
318       INTEGER                            ::  arg_count, i
319
320       cfg % p0_is_set = .FALSE.
321       cfg % ug_is_set = .FALSE.
322       cfg % vg_is_set = .FALSE.
323       cfg % flow_prefix_is_set = .FALSE.
324       cfg % input_prefix_is_set = .FALSE.
325       cfg % radiation_prefix_is_set = .FALSE.
326       cfg % soil_prefix_is_set = .FALSE.
327       cfg % soilmoisture_prefix_is_set = .FALSE.
328
329       arg_count = COMMAND_ARGUMENT_COUNT()
330       IF (arg_count .GT. 0)  THEN
331
332          ! Every option should have an argument.
333          !IF ( MOD(arg_count, 2) .NE. 0 )  THEN
334          !   message = "Syntax error in command line."
335          !   CALL abort('parse_command_line_arguments', message)
336          !END IF
337         
338          message = "The -clon and -clat command line options are depricated. " // &
339             "Please remove them form your inifor command and specify the " // &
340             "location of the PALM-4U origin either" // NEW_LINE(' ') // &
341             "   - by setting the namelist parameters 'longitude' and 'latitude', or" // NEW_LINE(' ') // &
342             "   - by providing a static driver netCDF file via the -static command-line option."
343
344          i = 1
345          DO WHILE (i .LE. arg_count)
346
347             CALL GET_COMMAND_ARGUMENT( i, option )
348
349             SELECT CASE( TRIM(option) )
350
351             CASE( '--averaging-mode' )
352                CALL get_option_argument( i, arg )
353                cfg % averaging_mode = TRIM(arg)
354
355             CASE( '-date', '-d', '--date' )
356                CALL get_option_argument( i, arg )
357                cfg % start_date = TRIM(arg)
358
359             CASE( '--debug' )
360                cfg % debug = .TRUE.
361
362             ! Elevation of the PALM-4U domain above sea level
363             CASE( '-z0', '-z', '--elevation' )
364                CALL get_option_argument( i, arg )
365                READ(arg, *) cfg % z0
366
367             ! surface pressure, at z0
368             CASE( '-p0', '-r', '--surface-pressure' )
369                cfg % p0_is_set = .TRUE.
370                CALL get_option_argument( i, arg )
371                READ(arg, *) cfg % p0
372
373             ! geostrophic wind in x direction
374             CASE( '-ug', '-u', '--geostrophic-u' )
375                cfg % ug_is_set = .TRUE.
376                CALL get_option_argument( i, arg )
377                READ(arg, *) cfg % ug
378
379             ! geostrophic wind in y direction
380             CASE( '-vg', '-v', '--geostrophic-v' )
381                cfg % vg_is_set = .TRUE.
382                CALL get_option_argument( i, arg )
383                READ(arg, *) cfg % vg
384
385             ! domain centre geographical longitude and latitude
386             CASE( '-clon', '-clat' )
387                CALL abort('parse_command_line_arguments', message)         
388                !READ(arg, *) lambda_cg
389                !lambda_cg = lambda_cg * TO_RADIANS
390                !READ(arg, *) phi_cg
391                !phi_cg = phi_cg * TO_RADIANS
392
393             CASE( '-path', '-p', '--path' )
394                CALL get_option_argument( i, arg )
395                 cfg % input_path = TRIM(arg)
396
397             CASE( '-hhl', '-l', '--hhl-file' )
398                CALL get_option_argument( i, arg )
399                cfg % hhl_file = TRIM(arg)
400
401             CASE( '--input-prefix')
402                CALL get_option_argument( i, arg )
403                cfg % input_prefix = TRIM(arg)
404                cfg % input_prefix_is_set = .TRUE.
405   
406             CASE( '-a', '--averaging-angle' )
407                CALL get_option_argument( i, arg )
408                READ(arg, *) cfg % averaging_angle
409
410             CASE( '-static', '-t', '--static-driver' )
411                CALL get_option_argument( i, arg )
412                cfg % static_driver_file = TRIM(arg)
413
414             CASE( '-soil', '-s', '--soil-file')
415                CALL get_option_argument( i, arg )
416                cfg % soiltyp_file = TRIM(arg)
417
418             CASE( '--flow-prefix')
419                CALL get_option_argument( i, arg )
420                cfg % flow_prefix = TRIM(arg)
421                cfg % flow_prefix_is_set = .TRUE.
422   
423             CASE( '--radiation-prefix')
424                CALL get_option_argument( i, arg )
425                cfg % radiation_prefix = TRIM(arg)
426                cfg % radiation_prefix_is_set = .TRUE.
427   
428             CASE( '--soil-prefix')
429                CALL get_option_argument( i, arg )
430                cfg % soil_prefix = TRIM(arg)
431                cfg % soil_prefix_is_set = .TRUE.
432   
433             CASE( '--soilmoisture-prefix')
434                CALL get_option_argument( i, arg )
435                cfg % soilmoisture_prefix = TRIM(arg)
436                cfg % soilmoisture_prefix_is_set = .TRUE.
437
438             CASE( '-o', '--output' )
439                CALL get_option_argument( i, arg )
440                cfg % output_file = TRIM(arg)
441
442             CASE( '-n', '--namelist' )
443                CALL get_option_argument( i, arg )
444                cfg % namelist_file = TRIM(arg)
445
446             ! initial condition mode: 'profile' / 'volume'
447             CASE( '-mode', '-i', '--init-mode' )
448                CALL get_option_argument( i, arg )
449                cfg % ic_mode = TRIM(arg)
450
451             ! boundary conditions / forcing mode: 'ideal' / 'real'
452             CASE( '-f', '--forcing-mode' )
453                CALL get_option_argument( i, arg )
454                cfg % bc_mode = TRIM(arg)
455
456             CASE( '--version' )
457                CALL print_version()
458                STOP
459
460             CASE( '--help' )
461                CALL print_version()
462                PRINT *, ""
463                PRINT *, "For a list of command-line options have a look at the README file."
464                STOP
465
466             CASE DEFAULT
467                message = "unknown option '" // TRIM(option) // "'."
468                CALL abort('parse_command_line_arguments', message)
469
470             END SELECT
471
472             i = i + 1
473
474          END DO
475
476       ELSE
477           
478          message = "No arguments present, using default input and output files"
479          CALL report('parse_command_line_arguments', message)
480
481       END IF
482
483   END SUBROUTINE parse_command_line_arguments
484
485   
486   SUBROUTINE get_option_argument(i, arg)
487      CHARACTER(LEN=PATH), INTENT(INOUT) ::  arg
488      INTEGER, INTENT(INOUT)             ::  i
489
490      i = i + 1
491      CALL GET_COMMAND_ARGUMENT(i, arg)
492
493   END SUBROUTINE
494
495
496   SUBROUTINE validate_config(cfg)
497      TYPE(inifor_config), INTENT(IN) ::  cfg
498      LOGICAL                         ::  all_files_present
499
500      all_files_present = .TRUE.
501      all_files_present = all_files_present .AND. file_present(cfg % hhl_file, 'HHL')
502      all_files_present = all_files_present .AND. file_present(cfg % namelist_file, 'NAMELIST')
503      all_files_present = all_files_present .AND. file_present(cfg % soiltyp_file, 'SOILTYP')
504
505      ! Only check optional static driver file name, if it has been given.
506      IF (TRIM(cfg % static_driver_file) .NE. '')  THEN
507         all_files_present = all_files_present .AND. file_present(cfg % static_driver_file, 'static driver')
508      END IF
509
510      IF (.NOT. all_files_present)  THEN
511         message = "INIFOR configuration invalid; some input files are missing."
512         CALL abort( 'validate_config', message ) 
513      END IF
514     
515     
516      SELECT CASE( TRIM(cfg % ic_mode) )
517      CASE( 'profile', 'volume')
518      CASE DEFAULT
519         message = "Initialization mode '" // TRIM(cfg % ic_mode) //&
520                   "' is not supported. " //&
521                   "Please select either 'profile' or 'volume', " //&
522                   "or omit the -i/--init-mode/-mode option entirely, which corresponds "//&
523                   "to the latter."
524         CALL abort( 'validate_config', message ) 
525      END SELECT
526
527
528      SELECT CASE( TRIM(cfg % bc_mode) )
529      CASE( 'real', 'ideal')
530      CASE DEFAULT
531         message = "Forcing mode '" // TRIM(cfg % bc_mode) //& 
532                   "' is not supported. " //&
533                   "Please select either 'real' or 'ideal', " //&
534                   "or omit the -f/--forcing-mode option entirely, which corresponds "//&
535                   "to the latter."
536         CALL abort( 'validate_config', message ) 
537      END SELECT
538
539      SELECT CASE( TRIM(cfg % averaging_mode) )
540      CASE( 'level', 'height')
541      CASE DEFAULT
542         message = "Averaging mode '" // TRIM(cfg % averaging_mode) //&
543                   "' is not supported. " //&
544                   "Please select either 'height' or 'level', " //&
545                   "or omit the --averaging-mode option entirely, which corresponds "//&
546                   "to the latter."
547         CALL abort( 'validate_config', message ) 
548      END SELECT
549
550      IF ( cfg % ug_is_set .NEQV. cfg % vg_is_set )  THEN
551         message = "You specified only one component of the geostrophic " // &
552                   "wind. Please specify either both or none."
553         CALL abort( 'validate_config', message )
554      END IF
555
556   END SUBROUTINE validate_config
557
558
559   LOGICAL FUNCTION file_present(filename, kind)
560      CHARACTER(LEN=PATH), INTENT(IN) ::  filename
561      CHARACTER(LEN=*), INTENT(IN)    ::  kind
562
563      IF (LEN(TRIM(filename))==0)  THEN
564
565         file_present = .FALSE.
566         message = "No name was given for the " // TRIM(kind) // " file."
567         CALL report('file_present', message)
568
569      ELSE
570
571         INQUIRE(FILE=filename, EXIST=file_present)
572
573         IF (.NOT. file_present)  THEN
574            message = "The given " // TRIM(kind) // " file '" //               &
575                      TRIM(filename) // "' does not exist."
576            CALL report('file_present', message)
577         END IF
578
579      END IF
580
581   END FUNCTION file_present
582
583
584!------------------------------------------------------------------------------!
585! Description:
586! ------------
587!> This routine initializes the Inifor output file, i.e. the PALM-4U
588!> initializing and forcing data as a NetCDF file.
589!>
590!> Besides writing metadata, such as global attributes, coordinates, variables,
591!> in the NetCDF file, various NetCDF IDs are saved for later, when Inifor
592!> writes the actual data.
593!------------------------------------------------------------------------------!
594   SUBROUTINE setup_netcdf_dimensions(output_file, palm_grid,                  &
595                                      start_date_string, origin_lon, origin_lat)
596
597       TYPE(nc_file), INTENT(INOUT)      ::  output_file
598       TYPE(grid_definition), INTENT(IN) ::  palm_grid
599       CHARACTER (LEN=DATE), INTENT(IN)  ::  start_date_string
600       REAL(dp), INTENT(IN)              ::  origin_lon, origin_lat
601
602       CHARACTER (LEN=8)     ::  date_string
603       CHARACTER (LEN=10)    ::  time_string
604       CHARACTER (LEN=5)     ::  zone_string
605       CHARACTER (LEN=SNAME) ::  history_string
606       INTEGER               ::  ncid, nx, ny, nz, nt, dimids(3), dimvarids(3)
607       REAL(dp)              ::  z0
608
609       message = "Initializing PALM-4U dynamic driver file '" //               &
610                 TRIM(output_file % name) // "' and setting up dimensions."
611       CALL report('setup_netcdf_dimensions', message)
612
613       ! Create the NetCDF file. NF90_CLOBBER selects overwrite mode.
614#if defined( __netcdf4 )
615       CALL check(nf90_create(TRIM(output_file % name), OR(NF90_CLOBBER, NF90_HDF5), ncid))
616#else
617       CALL check(nf90_create(TRIM(output_file % name), NF90_CLOBBER, ncid))
618#endif
619
620!------------------------------------------------------------------------------
621!- Section 1: Define NetCDF dimensions and coordinates
622!------------------------------------------------------------------------------
623       nt = SIZE(output_file % time)
624       nx = palm_grid % nx
625       ny = palm_grid % ny
626       nz = palm_grid % nz
627       z0 = palm_grid % z0
628
629
630!
631!------------------------------------------------------------------------------
632!- Section 2: Write global NetCDF attributes
633!------------------------------------------------------------------------------
634       CALL date_and_time(DATE=date_string, TIME=time_string, ZONE=zone_string)
635       history_string =                                                        &
636           'Created on '// date_string      //                                 &
637           ' at '       // time_string(1:2) // ':' // time_string(3:4) //      &
638           ' (UTC'      // zone_string // ')'
639
640       CALL check(nf90_put_att(ncid, NF90_GLOBAL, 'title',          'PALM input file for scenario ...'))
641       CALL check(nf90_put_att(ncid, NF90_GLOBAL, 'institution',    'Deutscher Wetterdienst, Offenbach'))
642       CALL check(nf90_put_att(ncid, NF90_GLOBAL, 'author',         'Eckhard Kadasch, eckhard.kadasch@dwd.de'))
643       CALL check(nf90_put_att(ncid, NF90_GLOBAL, 'history',        TRIM(history_string)))
644       CALL check(nf90_put_att(ncid, NF90_GLOBAL, 'references',     '--'))
645       CALL check(nf90_put_att(ncid, NF90_GLOBAL, 'comment',        '--'))
646       CALL check(nf90_put_att(ncid, NF90_GLOBAL, 'origin_lat',     TRIM(real_to_str(origin_lat*TO_DEGREES, '(F18.13)'))))
647       CALL check(nf90_put_att(ncid, NF90_GLOBAL, 'origin_lon',     TRIM(real_to_str(origin_lon*TO_DEGREES, '(F18.13)'))))
648       ! FIXME: This is the elevation relative to COSMO-DE/D2 sea level and does
649       ! FIXME: not necessarily comply with DHHN2016 (c.f. PALM Input Data
650       ! FIXME: Standard v1.9., origin_z)
651       CALL check(nf90_put_att(ncid, NF90_GLOBAL, 'origin_z',       TRIM(real_to_str(z0, '(F18.13)'))))
652       CALL check(nf90_put_att(ncid, NF90_GLOBAL, 'inifor_version', TRIM(VERSION)))
653       CALL check(nf90_put_att(ncid, NF90_GLOBAL, 'palm_version',   '--'))
654
655!
656!
657!------------------------------------------------------------------------------
658!- Section 2a: Define dimensions for cell centers (scalars in soil and atmosph.)
659!------------------------------------------------------------------------------
660       dimids = (/0, 0, 0/) ! reset dimids
661          CALL check( nf90_def_dim(ncid, "x", nx+1, dimids(1)) )
662          CALL check( nf90_def_dim(ncid, "y", ny+1, dimids(2)) )
663          CALL check( nf90_def_dim(ncid, "z", nz, dimids(3)) )
664          output_file % dimids_scl = dimids ! save dimids for later
665
666       dimvarids = (/0, 0, 0/) ! reset dimvarids
667          CALL check(nf90_def_var(ncid, "x", NF90_FLOAT, dimids(1), dimvarids(1)))
668          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(1), "standard_name", "x coordinate of cell centers"))
669          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(1), "units", "m"))
670
671          CALL check(nf90_def_var(ncid, "y", NF90_FLOAT, dimids(2), dimvarids(2)))
672          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(2), "standard_name", "y coordinate of cell centers"))
673          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(2), "units", "m"))
674
675          CALL check(nf90_def_var(ncid, "z", NF90_FLOAT, dimids(3), dimvarids(3)))
676          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(3), "standard_name", "z coordinate of cell centers"))
677          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(3), "units", "m"))
678       output_file % dimvarids_scl = dimvarids ! save dimvarids for later
679
680       ! overwrite third dimid with the one of depth
681       CALL check(nf90_def_dim(ncid, "zsoil", SIZE(palm_grid % depths), dimids(3)) )
682       output_file % dimids_soil = dimids ! save dimids for later
683
684       ! overwrite third dimvarid with the one of depth
685       CALL check(nf90_def_var(ncid, "zsoil", NF90_FLOAT, output_file % dimids_soil(3), dimvarids(3)))
686       CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(3), "standard_name", "depth_below_land"))
687       CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(3), "positive", "down"))
688       CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(3), "units", "m"))
689       output_file % dimvarids_soil = dimvarids ! save dimvarids for later
690!
691!------------------------------------------------------------------------------
692!- Section 2b: Define dimensions for cell faces/velocities
693!------------------------------------------------------------------------------
694       dimids = (/0, 0, 0/) ! reset dimids
695          CALL check(nf90_def_dim(ncid, "xu", nx, dimids(1)) )
696          CALL check(nf90_def_dim(ncid, "yv", ny, dimids(2)) )
697          CALL check(nf90_def_dim(ncid, "zw", nz-1, dimids(3)) )
698       output_file % dimids_vel = dimids ! save dimids for later
699
700       dimvarids = (/0, 0, 0/) ! reset dimvarids
701          CALL check(nf90_def_var(ncid, "xu", NF90_FLOAT, dimids(1), dimvarids(1)))
702          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(1), "standard_name", "x coordinate of cell faces"))
703          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(1), "units", "m"))
704
705          CALL check(nf90_def_var(ncid, "yv", NF90_FLOAT, dimids(2), dimvarids(2)))
706          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(2), "standard_name", "y coordinate of cell faces"))
707          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(2), "units", "m"))
708
709          CALL check(nf90_def_var(ncid, "zw", NF90_FLOAT, dimids(3), dimvarids(3)))
710          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(3), "standard_name", "z coordinate of cell faces"))
711          CALL check(nf90_put_att(ncid, dimvarids(3), "units", "m"))
712       output_file % dimvarids_vel = dimvarids ! save dimvarids for later
713
714!
715!------------------------------------------------------------------------------
716!- Section 2c: Define time dimension
717!------------------------------------------------------------------------------
718       CALL check(nf90_def_dim(ncid, "time", nt, output_file % dimid_time) )
719       CALL check(nf90_def_var(ncid, "time", NF90_FLOAT, &
720                                             output_file % dimid_time, &
721                                             output_file % dimvarid_time))
722       CALL check(nf90_put_att(ncid, output_file % dimvarid_time, "standard_name", "time"))
723       CALL check(nf90_put_att(ncid, output_file % dimvarid_time, "long_name", "time"))
724       CALL check(nf90_put_att(ncid, output_file % dimvarid_time, "units",     &
725                               "seconds since " // start_date_string // " UTC"))
726
727       CALL check(nf90_enddef(ncid))
728
729!
730!------------------------------------------------------------------------------
731!- Section 3: Write grid coordinates
732!------------------------------------------------------------------------------
733       CALL check(nf90_put_var(ncid, output_file % dimvarids_scl(1), palm_grid%x))
734       CALL check(nf90_put_var(ncid, output_file % dimvarids_scl(2), palm_grid%y))
735       CALL check(nf90_put_var(ncid, output_file % dimvarids_scl(3), palm_grid%z))
736
737       CALL check(nf90_put_var(ncid, output_file % dimvarids_vel(1), palm_grid%xu))
738       CALL check(nf90_put_var(ncid, output_file % dimvarids_vel(2), palm_grid%yv))
739       CALL check(nf90_put_var(ncid, output_file % dimvarids_vel(3), palm_grid%zw))
740
741       ! TODO Read in soil depths from input file before this.
742       CALL check(nf90_put_var(ncid, output_file % dimvarids_soil(3), palm_grid%depths))
743
744       ! Write time vector
745       CALL check(nf90_put_var(ncid, output_file % dimvarid_time, output_file % time))
746
747       ! Close the file
748       CALL check(nf90_close(ncid))
749
750    END SUBROUTINE setup_netcdf_dimensions
751
752
753    SUBROUTINE setup_netcdf_variables(filename, output_variable_table, debug)
754
755       CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)        ::  filename
756       TYPE(nc_var), INTENT(INOUT), TARGET  ::  output_variable_table(:)
757       LOGICAL, INTENT(IN)                  ::  debug
758
759       TYPE(nc_var), POINTER                ::  var
760       INTEGER                              ::  i, ncid
761       LOGICAL                              ::  to_be_written
762
763       message = "Defining variables in dynamic driver '" // TRIM(filename) // "'."
764       CALL report('setup_netcdf_variables', message)
765
766       CALL check(nf90_open(TRIM(filename), NF90_WRITE, ncid))
767       CALL check(nf90_redef(ncid))
768
769       DO i = 1, SIZE(output_variable_table)
770
771          var => output_variable_table(i)
772
773          to_be_written = ( var % to_be_processed  .AND. .NOT. var % is_internal) .OR.                        &
774                          ( var % is_internal  .AND.  debug )
775
776          IF ( to_be_written )  THEN
777             message = "  variable #" // TRIM(str(i)) // " '" // TRIM(var%name) // "'."
778             CALL report('setup_netcdf_variables', message)
779
780             CALL netcdf_define_variable(var, ncid)
781             CALL netcdf_get_dimensions(var, ncid)
782          END IF
783           
784       END DO
785
786       CALL check(nf90_enddef(ncid))
787       CALL check(nf90_close(ncid))
788
789       message = "Dynamic driver '" // TRIM(filename) // "' initialized successfully."
790       CALL report('setup_netcdf_variables', message)
791
792    END SUBROUTINE setup_netcdf_variables
793
794
795!------------------------------------------------------------------------------!
796! Description:
797! ------------
798!> This routine reads and returns all input variables of the given IO group
799!> It accomodates the data by allocating a container variable that represents a
800!> list of arrays of the same length as the groups variable list. (This list
801!> will typically contain one or two items.) After the container, its members
802!> are allocated one by one with the appropriate, possibly different,
803!> dimensions.
804!>
805!> The 'group' is an INTENT(INOUT) variable so that 'get_netcdf_variable()' can
806!> record netCDF IDs in the 'in_var_list()' member variable.
807!------------------------------------------------------------------------------!
808    SUBROUTINE read_input_variables(group, iter, buffer)
809       TYPE(io_group), INTENT(INOUT), TARGET       ::  group
810       INTEGER, INTENT(IN)                         ::  iter
811       TYPE(container), ALLOCATABLE, INTENT(INOUT) ::  buffer(:)
812       INTEGER                                     ::  hour, buf_id
813       TYPE(nc_var), POINTER                       ::  input_var
814       CHARACTER(LEN=PATH), POINTER                ::  input_file
815       INTEGER                                     ::  ivar, nbuffers
816
817       message = "Reading data for I/O group '" // TRIM(group % in_var_list(1) % name) // "'."
818       CALL report('read_input_variables', message)
819
820       input_file => group % in_files(iter)
821
822!
823!------------------------------------------------------------------------------
824!- Section 1: Load input buffers for accumulated variables
825!------------------------------------------------------------------------------
826       IF (group % kind == 'running average' .OR.                              &
827           group % kind == 'accumulated')  THEN ! radiation budgets, precipitation
828
829          IF (SIZE(group % in_var_list) .GT. 1 ) THEN
830             message = "I/O groups may not contain more than one " // & 
831                       "accumulated variable. Group '" // TRIM(group % kind) //&
832                       "' contains " //                                        &
833                       TRIM( str(SIZE(group % in_var_list)) ) // "."
834             CALL abort('read_input_variables | accumulation', message)
835          END IF
836
837          ! use two buffer arrays
838          nbuffers = 2
839          IF ( .NOT. ALLOCATED( buffer ) )  ALLOCATE( buffer(nbuffers) )
840
841          ! chose correct buffer array
842          hour = iter - 1! hour of the day
843          buf_id = select_buffer(hour)
844
845 CALL run_control('time', 'read')
846          IF ( ALLOCATED(buffer(buf_id) % array) )  DEALLOCATE(buffer(buf_id) % array)
847 CALL run_control('time', 'alloc')
848
849          input_var => group % in_var_list(1)
850          CALL get_netcdf_variable(input_file, input_var, buffer(buf_id) % array)
851          CALL report('read_input_variables', "Read accumulated " // TRIM(group % in_var_list(1) % name)) 
852
853          IF ( input_var % is_upside_down )  CALL reverse(buffer(buf_id) % array)
854 CALL run_control('time', 'comp')
855         
856!------------------------------------------------------------------------------
857!- Section 2: Load input buffers for normal I/O groups
858!------------------------------------------------------------------------------
859       ELSE
860
861          ! Allocate one input buffer per input_variable. If more quantities
862          ! have to be computed than input variables exist in this group,
863          ! allocate more buffers. For instance, in the thermodynamics group,
864          ! there are three input variabels (PP, T, Qv) and four quantities
865          ! necessart (P, Theta, Rho, qv) for the corresponding output fields
866          ! (p0, Theta, qv, ug, and vg)
867          nbuffers = MAX( group % n_inputs, group % n_output_quantities )
868          ALLOCATE( buffer(nbuffers) )
869 CALL run_control('time', 'alloc')
870         
871          ! Read in all input variables, leave extra buffers-if any-untouched.
872          DO ivar = 1, group % n_inputs
873
874             input_var => group % in_var_list(ivar)
875
876             ! Check wheather P or PP is present in input file
877             IF (input_var % name == 'P')  THEN
878                input_var % name = TRIM( get_pressure_varname(input_file) )
879 CALL run_control('time', 'read')
880             END IF
881
882             CALL get_netcdf_variable(input_file, input_var, buffer(ivar) % array)
883
884             IF ( input_var % is_upside_down )  CALL reverse(buffer(ivar) % array)
885 CALL run_control('time', 'comp')
886
887          END DO
888       END IF
889
890    END SUBROUTINE read_input_variables
891
892
893    INTEGER FUNCTION select_buffer(hour)
894       INTEGER, INTENT(IN) ::  hour
895       INTEGER             ::  step
896
897       select_buffer = 0
898       step = MODULO(hour, 3) + 1
899
900       SELECT CASE(step)
901       CASE(1, 3)
902           select_buffer = 1
903       CASE(2)
904           select_buffer = 2
905       CASE DEFAULT
906           message = "Invalid step '" // TRIM(str(step))
907           CALL abort('select_buffer', message)
908       END SELECT
909    END FUNCTION select_buffer
910
911
912!------------------------------------------------------------------------------!
913! Description:
914! ------------
915!> Checks if the input_file contains the absolute pressure, 'P', or the pressure
916!> perturbation, 'PP', and returns the appropriate string.
917!------------------------------------------------------------------------------!
918    CHARACTER(LEN=2) FUNCTION get_pressure_varname(input_file) RESULT(var)
919       CHARACTER(LEN=*) ::  input_file
920       INTEGER          ::  ncid, varid
921
922       CALL check(nf90_open( TRIM(input_file), NF90_NOWRITE, ncid ))
923       IF ( nf90_inq_varid( ncid, 'P', varid ) .EQ. NF90_NOERR )  THEN
924
925          var = 'P'
926
927       ELSE IF ( nf90_inq_varid( ncid, 'PP', varid ) .EQ. NF90_NOERR )  THEN
928
929          var = 'PP'
930          CALL report('get_pressure_var', 'Using PP instead of P')
931
932       ELSE
933
934          message = "Failed to read '" // TRIM(var) // &
935                    "' from file '" // TRIM(input_file) // "'."
936          CALL abort('get_pressure_var', message)
937
938       END IF
939
940       CALL check(nf90_close(ncid))
941
942    END FUNCTION get_pressure_varname
943
944
945    FUNCTION get_netcdf_attribute(filename, attribute) RESULT(attribute_value)
946
947       CHARACTER(LEN=*), INTENT(IN) ::  filename, attribute
948       REAL(dp)                     ::  attribute_value
949
950       INTEGER                      :: ncid
951
952       IF ( nf90_open( TRIM(filename), NF90_NOWRITE, ncid ) == NF90_NOERR )  THEN
953
954          CALL check(nf90_get_att(ncid, NF90_GLOBAL, TRIM(attribute), attribute_value))
955          CALL check(nf90_close(ncid))
956
957       ELSE
958
959          message = "Failed to read '" // TRIM(attribute) // &
960                    "' from file '" // TRIM(filename) // "'."
961          CALL abort('get_netcdf_attribute', message)
962
963       END IF
964
965    END FUNCTION get_netcdf_attribute
966
967
968    SUBROUTINE update_output(var, array, iter, output_file, cfg)
969       TYPE(nc_var), INTENT(IN)  ::  var
970       REAL(dp), INTENT(IN)      ::  array(:,:,:)
971       INTEGER, INTENT(IN)       ::  iter
972       TYPE(nc_file), INTENT(IN) ::  output_file
973       TYPE(inifor_config)       ::  cfg
974
975       INTEGER ::  ncid, ndim, start(4), count(4)
976       LOGICAL ::  var_is_time_dependent
977
978       var_is_time_dependent = (                                               &
979          var % dimids( var % ndim ) == output_file % dimid_time               &
980       )
981
982       ! Skip time dimension for output
983       ndim = var % ndim
984       IF ( var_is_time_dependent )  ndim = var % ndim - 1
985
986       start(:)      = (/1,1,1,1/)
987       start(ndim+1) = iter
988       count(1:ndim) = var%dimlen(1:ndim)
989
990       CALL check(nf90_open(output_file % name, NF90_WRITE, ncid))
991
992       ! Reduce dimension of output array according to variable kind
993       SELECT CASE (TRIM(var % kind))
994       
995       CASE ( 'init scalar profile', 'init u profile', 'init v profile',       &
996              'init w profile' )
997
998          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, array(1,1,:) ) )
999
1000       CASE ( 'init soil', 'init scalar', 'init u', 'init v', 'init w' )
1001
1002          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, array(:,:,:) ) )
1003
1004       CASE( 'left scalar', 'right scalar', 'left w', 'right w' ) 
1005
1006          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, array(1,:,:),              &
1007                                   start=start(1:ndim+1),                      &
1008                                   count=count(1:ndim) ) )
1009         
1010
1011          IF (.NOT. SIZE(array, 2) .EQ. var % dimlen(1))  THEN
1012             PRINT *, "inifor: update_output: Dimension ", 1, " of variable ", &
1013                 TRIM(var % name), " (", var % dimlen(1),                      &
1014                 ") does not match the dimension of the output array (",       &
1015                 SIZE(array, 2), ")."
1016             STOP
1017          END IF
1018         
1019
1020       CASE( 'north scalar', 'south scalar', 'north w', 'south w' )
1021
1022          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, array(:,1,:),              &
1023                                   start=start(1:ndim+1),                      &
1024                                   count=count(1:ndim) ) )
1025         
1026
1027       CASE( 'surface forcing', 'top scalar', 'top w' )
1028
1029          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, array(:,:,1),              &
1030                                   start=start(1:ndim+1),                      &
1031                                   count=count(1:ndim) ) )
1032         
1033       CASE ( 'left u', 'right u', 'left v', 'right v' )
1034
1035          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, array(1,:,:),              &
1036                                   start=start(1:ndim+1),                      &
1037                                   count=count(1:ndim) ) )
1038
1039       CASE ( 'north u', 'south u', 'north v', 'south v' )
1040
1041          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, array(:,1,:),              &
1042                                   start=start(1:ndim+1),                      &
1043                                   count=count(1:ndim) ) )
1044
1045       CASE ( 'top u', 'top v' )
1046
1047          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, array(:,:,1),              &
1048                                   start=start(1:ndim+1),                      &
1049                                   count=count(1:ndim) ) )
1050
1051       CASE ( 'time series' )
1052
1053          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, array(1,1,1),              &
1054                                   start=start(1:ndim+1) ) )
1055
1056       CASE ( 'constant scalar profile', 'geostrophic' )
1057
1058          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, array(1,1,:),              &
1059                                   start=start(1:ndim+1),                      &
1060                                   count=count(1:ndim) ) )
1061
1062       CASE ( 'internal profile' )
1063
1064          IF ( cfg % debug )  THEN
1065             CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, array(1,1,:),           &
1066                                      start=start(1:ndim+1),                   &
1067                                      count=count(1:ndim) ) )
1068          END IF
1069
1070       CASE ( 'large-scale scalar forcing', 'large-scale w forcing' )
1071
1072           message = "Doing nothing in terms of writing large-scale forings."
1073           CALL report('update_output', message)
1074
1075       CASE DEFAULT
1076
1077           message = "Variable kind '" // TRIM(var % kind) //                  &
1078                    "' not recognized."
1079           CALL abort('update_output', message)
1080
1081       END SELECT
1082
1083       CALL check(nf90_close(ncid))
1084
1085    END SUBROUTINE update_output
1086
1087
1088    SUBROUTINE write_netcdf_variable_2d(var, iter, output_file, buffer)
1089       TYPE(nc_var), INTENT(IN)          ::  var
1090       INTEGER, INTENT(IN)               ::  iter
1091       TYPE(nc_file), INTENT(IN)         ::  output_file
1092       REAL(dp), INTENT(IN)              ::  buffer(:,:,:)
1093
1094       INTEGER ::  ncid, ndim_out, start(4), count(4)
1095       LOGICAL ::  last_dimension_is_time
1096
1097       ndim_out = var % ndim
1098
1099       last_dimension_is_time = var % dimids( var % ndim ) == output_file % dimid_time
1100       IF ( last_dimension_is_time )  THEN
1101          ndim_out = ndim_out - 1
1102       END IF
1103
1104       start(:)      = (/1,1,1,iter/)
1105       count(1:ndim_out) = var%dimlen(1:ndim_out)
1106
1107       CALL check(nf90_open(output_file % name, NF90_WRITE, ncid))
1108
1109       IF (TRIM(var % kind) .EQ. 'left/right scalar')  THEN
1110
1111          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, buffer(1,:,:) ) )
1112
1113       ELSE IF (TRIM(var % kind) .EQ. 'north/south scalar')  THEN
1114
1115          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, buffer(:,1,:) ) )
1116
1117       ELSE IF (TRIM(var % kind) .EQ. 'top scalar')  THEN
1118
1119          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, buffer(:,:,1) ) )
1120       ELSE
1121
1122          CALL check(nf90_put_var( ncid, var%varid, buffer ) )
1123
1124       END IF
1125       CALL check(nf90_close(ncid))
1126
1127    END SUBROUTINE write_netcdf_variable_2d
1128
1129
1130    SUBROUTINE check(status)
1131
1132       INTEGER, INTENT(IN) ::  status
1133
1134       IF (status /= nf90_noerr)  THEN
1135          message = "NetCDF API call failed with error: " //                     &
1136                    TRIM( nf90_strerror(status) )
1137          CALL abort('io.check', message) 
1138       END IF
1139
1140    END SUBROUTINE check
1141
1142 END MODULE io
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.