source: palm/tags/release-3.5/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 2007

Last change on this file since 2007 was 198, checked in by raasch, 16 years ago

file headers updated for the next release 3.5

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 49.1 KB
Line 
1#if defined( __ibmy_special )
2@PROCESS NOOPTimize
3#endif
4 SUBROUTINE init_3d_model
5
6!------------------------------------------------------------------------------!
7! Actual revisions:
8! -----------------
9!
10!
11! Former revisions:
12! -----------------
13! $Id: init_3d_model.f90 198 2008-09-17 08:55:28Z kanani $
14!
15! 181 2008-07-30 07:07:47Z raasch
16! bugfix: zero assignments to tendency arrays in case of restarts,
17! further extensions and modifications in the initialisation of the plant
18! canopy model,
19! allocation of hom_sum moved to parin, initialization of spectrum_x|y directly
20! after allocating theses arrays,
21! read data for recycling added as new initialization option,
22! dummy allocation for diss
23!
24! 138 2007-11-28 10:03:58Z letzel
25! New counter ngp_2dh_s_inner.
26! Allow new case bc_uv_t = 'dirichlet_0' for channel flow.
27! Corrected calculation of initial volume flow for 'set_1d-model_profiles' and
28! 'set_constant_profiles' in case of buildings in the reference cross-sections.
29!
30! 108 2007-08-24 15:10:38Z letzel
31! Flux initialization in case of coupled runs, +momentum fluxes at top boundary,
32! +arrays for phase speed c_u, c_v, c_w, indices for u|v|w_m_l|r changed
33! +qswst_remote in case of atmosphere model with humidity coupled to ocean
34! Rayleigh damping for ocean, optionally calculate km and kh from initial
35! TKE e_init
36!
37! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
38! Initialization of salinity, call of init_ocean
39!
40! 87 2007-05-22 15:46:47Z raasch
41! var_hom and var_sum renamed pr_palm
42!
43! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
44! Arrays for radiation boundary conditions are allocated (u_m_l, u_m_r, etc.),
45! bugfix for cases with the outflow damping layer extending over more than one
46! subdomain, moisture renamed humidity,
47! new initializing action "by_user" calls user_init_3d_model,
48! precipitation_amount/rate, ts_value are allocated, +module netcdf_control,
49! initial velocities at nzb+1 are regarded for volume
50! flow control in case they have been set zero before (to avoid small timesteps)
51! -uvmean_outflow, uxrp, vynp eliminated
52!
53! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
54! +handling of top fluxes
55!
56! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
57!
58! Revision 1.49  2006/08/22 15:59:07  raasch
59! No optimization of this file on the ibmy (Yonsei Univ.)
60!
61! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
62! Initial revision
63!
64!
65! Description:
66! ------------
67! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
68! a) pre-run the 1D model
69! or
70! b) pre-set constant linear profiles
71! or
72! c) read values of a previous run
73!------------------------------------------------------------------------------!
74
75    USE arrays_3d
76    USE averaging
77    USE cloud_parameters
78    USE constants
79    USE control_parameters
80    USE cpulog
81    USE indices
82    USE interfaces
83    USE model_1d
84    USE netcdf_control
85    USE particle_attributes
86    USE pegrid
87    USE profil_parameter
88    USE random_function_mod
89    USE statistics
90
91    IMPLICIT NONE
92
93    INTEGER ::  i, j, k, sr
94
95    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_l, ngp_3d_inner_l
96
97    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l,  &
98         ngp_2dh_s_inner_l
99
100    REAL ::  a, b
101
102    REAL, DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l, volume_flow_initial_l
103
104
105!
106!-- Allocate arrays
107    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
108              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
109              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
110              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
111              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
112              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
113    ALLOCATE( rdf(nzb+1:nzt) )
114    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
115              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
116              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
117              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
118              rmask(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,0:statistic_regions),           &
119              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
120              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
121              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
122              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
123              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
124              ts_value(var_ts,0:statistic_regions) )
125    ALLOCATE( km_damp_x(nxl-1:nxr+1), km_damp_y(nys-1:nyn+1) )
126
127    ALLOCATE( rif_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), shf_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
128              ts(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), tswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
129              us(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), usws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
130              uswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                               &
131              vsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                                &
132              vswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), z0(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
133
134    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
135!
136!--    Leapfrog scheme needs two timelevels of diffusion quantities
137       ALLOCATE( rif_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
138                 shf_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
139                 tswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
140                 usws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
141                 uswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
142                 vswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
143                 vsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
144    ENDIF
145
146    ALLOCATE( d(nzb+1:nzta,nys:nyna,nxl:nxra),         &
147              e_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
148              e_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
149              e_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
150              kh_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
151              km_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
152              p(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),    &
153              pt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
154              pt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
155              pt_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
156              tend(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
157              u_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
158              u_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
159              u_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
160              v_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
161              v_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
162              v_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
163              w_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
164              w_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
165              w_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
166
167    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
168       ALLOCATE( kh_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
169                 km_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
170    ENDIF
171
172    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
173!
174!--    2D-humidity/scalar arrays
175       ALLOCATE ( qs(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),     &
176                  qsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
177                  qswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
178
179       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
180          ALLOCATE( qsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
181                    qswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
182       ENDIF
183!
184!--    3D-humidity/scalar arrays
185       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
186                 q_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
187                 q_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
188
189!
190!--    3D-arrays needed for humidity only
191       IF ( humidity )  THEN
192          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
193
194          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
195             ALLOCATE( vpt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
196          ENDIF
197
198          IF ( cloud_physics ) THEN
199!
200!--          Liquid water content
201             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
202!
203!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
204             ALLOCATE( precipitation_amount(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
205                       precipitation_rate(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
206          ENDIF
207
208          IF ( cloud_droplets )  THEN
209!
210!--          Liquid water content, change in liquid water content,
211!--          real volume of particles (with weighting), volume of particles
212             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
213                        ql_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
214                        ql_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
215                        ql_vp(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
216          ENDIF
217
218       ENDIF
219
220    ENDIF
221
222    IF ( ocean )  THEN
223       ALLOCATE( saswsb_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
224                 saswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
225       ALLOCATE( rho_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
226                 sa_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
227                 sa_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
228                 sa_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
229       rho => rho_1  ! routine calc_mean_profile requires density to be a
230                     ! pointer
231       IF ( humidity_remote )  THEN
232          ALLOCATE( qswst_remote(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
233          qswst_remote = 0.0
234       ENDIF
235    ENDIF
236
237!
238!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
239!-- particle velocities
240    IF ( use_sgs_for_particles )  THEN
241       ALLOCATE ( diss(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
242    ELSE
243       ALLOCATE ( diss(2,2,2) )  ! required because diss is used as a
244                                 ! formal parameter
245    ENDIF
246
247    IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
248       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
249                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
250       spectrum_x = 0.0
251       spectrum_y = 0.0
252    ENDIF
253
254!
255!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
256    IF ( plant_canopy ) THEN
257       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
258                  lad_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
259                  lad_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
260                  lad_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
261                  cdc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
262
263       IF ( passive_scalar ) THEN
264          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
265                     sec(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ) 
266       ENDIF
267
268       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
269          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
270                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
271       ENDIF
272
273    ENDIF
274
275!
276!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
277    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
278       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,1:4) )
279       rif_wall = 0.0
280    ENDIF
281
282!
283!-- Velocities at nzb+1 needed for volume flow control
284    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
285       ALLOCATE( u_nzb_p1_for_vfc(nys:nyn), v_nzb_p1_for_vfc(nxl:nxr) )
286       u_nzb_p1_for_vfc = 0.0
287       v_nzb_p1_for_vfc = 0.0
288    ENDIF
289
290!
291!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
292!-- are needed for radiation boundary conditions
293    IF ( outflow_l )  THEN
294       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,1:2), &
295                 v_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1), &
296                 w_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1) )
297    ENDIF
298    IF ( outflow_r )  THEN
299       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
300                 v_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
301                 w_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx) )
302    ENDIF
303    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
304       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), c_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), &
305                 c_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1) )
306    ENDIF
307    IF ( outflow_s )  THEN
308       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1), &
309                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxl-1:nxr+1), &
310                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1) )
311    ENDIF
312    IF ( outflow_n )  THEN
313       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
314                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
315                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1) )
316    ENDIF
317    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
318       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), c_v(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), &
319                 c_w(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1) )
320    ENDIF
321
322!
323!-- Initial assignment of the pointers
324    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
325
326       rif_m   => rif_1;    rif   => rif_2
327       shf_m   => shf_1;    shf   => shf_2
328       tswst_m => tswst_1;  tswst => tswst_2
329       usws_m  => usws_1;   usws  => usws_2
330       uswst_m => uswst_1;  uswst => uswst_2
331       vsws_m  => vsws_1;   vsws  => vsws_2
332       vswst_m => vswst_1;  vswst => vswst_2
333       e_m  => e_1;   e  => e_2;   e_p  => e_3;   te_m  => e_3
334       kh_m => kh_1;  kh => kh_2
335       km_m => km_1;  km => km_2
336       pt_m => pt_1;  pt => pt_2;  pt_p => pt_3;  tpt_m => pt_3
337       u_m  => u_1;   u  => u_2;   u_p  => u_3;   tu_m  => u_3
338       v_m  => v_1;   v  => v_2;   v_p  => v_3;   tv_m  => v_3
339       w_m  => w_1;   w  => w_2;   w_p  => w_3;   tw_m  => w_3
340
341       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
342          qsws_m  => qsws_1;   qsws  => qsws_2
343          qswst_m => qswst_1;  qswst => qswst_2
344          q_m    => q_1;     q    => q_2;     q_p => q_3;     tq_m => q_3
345          IF ( humidity )        vpt_m  => vpt_1;   vpt  => vpt_2
346          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
347          IF ( cloud_droplets )  THEN
348             ql   => ql_1
349             ql_c => ql_2
350          ENDIF
351       ENDIF
352
353    ELSE
354
355       rif   => rif_1
356       shf   => shf_1
357       tswst => tswst_1
358       usws  => usws_1
359       uswst => uswst_1
360       vsws  => vsws_1
361       vswst => vswst_1
362       e     => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3;   e_m  => e_3
363       kh    => kh_1
364       km    => km_1
365       pt    => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3;  pt_m => pt_3
366       u     => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3;   u_m  => u_3
367       v     => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3;   v_m  => v_3
368       w     => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3;   w_m  => w_3
369
370       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
371          qsws   => qsws_1
372          qswst  => qswst_1
373          q      => q_1;     q_p  => q_2;     tq_m  => q_3;    q_m => q_3
374          IF ( humidity )        vpt  => vpt_1
375          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
376          IF ( cloud_droplets )  THEN
377             ql   => ql_1
378             ql_c => ql_2
379          ENDIF
380       ENDIF
381
382       IF ( ocean )  THEN
383          saswsb => saswsb_1
384          saswst => saswst_1
385          sa     => sa_1;    sa_p => sa_2;    tsa_m => sa_3
386       ENDIF
387
388    ENDIF
389
390!
391!-- Initialize model variables
392    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
393         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_data_for_recycling' )  THEN
394!
395!--    First model run of a possible job queue.
396!--    Initial profiles of the variables must be computes.
397       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
398!
399!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
400!--       start 1D model
401          CALL init_1d_model
402!
403!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
404          DO  i = nxl-1, nxr+1
405             DO  j = nys-1, nyn+1
406                e(:,j,i)  = e1d
407                kh(:,j,i) = kh1d
408                km(:,j,i) = km1d
409                pt(:,j,i) = pt_init
410                u(:,j,i)  = u1d
411                v(:,j,i)  = v1d
412             ENDDO
413          ENDDO
414
415          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
416             DO  i = nxl-1, nxr+1
417                DO  j = nys-1, nyn+1
418                   q(:,j,i) = q_init
419                ENDDO
420             ENDDO
421          ENDIF
422
423          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
424             DO  i = nxl-1, nxr+1
425                DO  j = nys-1, nyn+1
426                   e(:,j,i)  = e1d
427                ENDDO
428             ENDDO
429!
430!--          Store initial profiles for output purposes etc.
431             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
432
433             IF ( prandtl_layer )  THEN
434                rif  = rif1d(nzb+1)
435                ts   = 0.0  ! could actually be computed more accurately in the
436                            ! 1D model. Update when opportunity arises.
437                us   = us1d
438                usws = usws1d
439                vsws = vsws1d
440             ELSE
441                ts   = 0.0  ! must be set, because used in
442                rif  = 0.0  ! flowste
443                us   = 0.0
444                usws = 0.0
445                vsws = 0.0
446             ENDIF
447
448          ELSE
449             e    = 0.0  ! must be set, because used in
450             rif  = 0.0  ! flowste
451             ts   = 0.0
452             us   = 0.0
453             usws = 0.0
454             vsws = 0.0
455          ENDIF
456          uswst = top_momentumflux_u
457          vswst = top_momentumflux_v
458
459!
460!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
461!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
462!--       Update when opportunity arises!
463          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  qs = 0.0
464
465!
466!--       inside buildings set velocities back to zero
467          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
468             DO  i = nxl-1, nxr+1
469                DO  j = nys-1, nyn+1
470                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0
471                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0
472                ENDDO
473             ENDDO
474             IF ( conserve_volume_flow )  THEN
475                IF ( nxr == nx )  THEN
476                   DO  j = nys, nyn
477                      DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx)
478                         u_nzb_p1_for_vfc(j) = u1d(k) * dzu(k)
479                      ENDDO
480                   ENDDO
481                ENDIF
482                IF ( nyn == ny )  THEN
483                   DO  i = nxl, nxr
484                      DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i)
485                         v_nzb_p1_for_vfc(i) = v1d(k) * dzu(k)
486                      ENDDO
487                   ENDDO
488                ENDIF
489             ENDIF
490!
491!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
492!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
493!--                   below the topography; need to correct later
494!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
495!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
496!--                     the topography.
497             IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
498!
499!--             Satisfying the Dirichlet condition with an extra layer below
500!--             the surface where the u and v component change their sign.
501                DO  i = nxl-1, nxr+1
502                   DO  j = nys-1, nyn+1
503                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = -u(1,j,i)
504                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = -v(1,j,i)
505                   ENDDO
506                ENDDO
507
508             ELSE
509!
510!--             Neumann condition
511                DO  i = nxl-1, nxr+1
512                   DO  j = nys-1, nyn+1
513                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
514                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
515                   ENDDO
516                ENDDO
517
518             ENDIF
519
520          ENDIF
521
522       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
523       THEN
524!
525!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
526!--       temperature profile with constant gradient)
527          DO  i = nxl-1, nxr+1
528             DO  j = nys-1, nyn+1
529                pt(:,j,i) = pt_init
530                u(:,j,i)  = u_init
531                v(:,j,i)  = v_init
532             ENDDO
533          ENDDO
534
535!
536!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid levels
537!--       to zero in order to avoid too small time steps caused by the diffusion
538!--       limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs in the
539!--       limiting formula!). The original values are stored to be later used for
540!--       volume flow control.
541          DO  i = nxl-1, nxr+1
542             DO  j = nys-1, nyn+1
543                u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
544                v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
545             ENDDO
546          ENDDO
547          IF ( conserve_volume_flow )  THEN
548             IF ( nxr == nx )  THEN
549                DO  j = nys, nyn
550                   DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx) + 1
551                      u_nzb_p1_for_vfc(j) = u_init(k) * dzu(k)
552                   ENDDO
553                ENDDO
554             ENDIF
555             IF ( nyn == ny )  THEN
556                DO  i = nxl, nxr
557                   DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i) + 1
558                      v_nzb_p1_for_vfc(i) = v_init(k) * dzu(k)
559                   ENDDO
560                ENDDO
561             ENDIF
562          ENDIF
563
564          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
565             DO  i = nxl-1, nxr+1
566                DO  j = nys-1, nyn+1
567                   q(:,j,i) = q_init
568                ENDDO
569             ENDDO
570          ENDIF
571
572          IF ( ocean )  THEN
573             DO  i = nxl-1, nxr+1
574                DO  j = nys-1, nyn+1
575                   sa(:,j,i) = sa_init
576                ENDDO
577             ENDDO
578          ENDIF
579         
580          IF ( constant_diffusion )  THEN
581             km   = km_constant
582             kh   = km / prandtl_number
583             e    = 0.0
584          ELSEIF ( e_init > 0.0 )  THEN
585             DO  k = nzb+1, nzt
586                km(k,:,:) = 0.1 * l_grid(k) * SQRT( e_init )
587             ENDDO
588             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
589             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
590             kh   = km / prandtl_number
591             e    = e_init
592          ELSE
593             IF ( .NOT. ocean )  THEN
594                kh   = 0.01   ! there must exist an initial diffusion, because
595                km   = 0.01   ! otherwise no TKE would be produced by the
596                              ! production terms, as long as not yet
597                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
598             ELSE
599                kh   = 0.00001
600                km   = 0.00001
601             ENDIF
602             e    = 0.0
603          ENDIF
604          rif   = 0.0
605          ts    = 0.0
606          us    = 0.0
607          usws  = 0.0
608          uswst = top_momentumflux_u
609          vsws  = 0.0
610          vswst = top_momentumflux_v
611          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0
612
613!
614!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
615!--       of a sloping surface
616          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
617
618       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
619       THEN
620!
621!--       Initialization will completely be done by the user
622          CALL user_init_3d_model
623
624       ENDIF
625
626!
627!--    Apply channel flow boundary condition
628       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
629
630          u(nzt+1,:,:) = 0.0
631          v(nzt+1,:,:) = 0.0
632
633!--       For the Dirichlet condition to be correctly applied at the top, set
634!--       ug and vg to zero there
635          ug(nzt+1)    = 0.0
636          vg(nzt+1)    = 0.0
637
638       ENDIF
639
640!
641!--    Calculate virtual potential temperature
642       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0 + 0.61 * q )
643
644!
645!--    Store initial profiles for output purposes etc.
646       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
647       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
648       IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
649          hom(nzb,1,5,:) = -hom(nzb+1,1,5,:)  ! due to satisfying the Dirichlet
650          hom(nzb,1,6,:) = -hom(nzb+1,1,6,:)  ! condition with an extra layer
651              ! below the surface where the u and v component change their sign
652       ENDIF
653       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
654       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
655       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
656
657       IF ( ocean )  THEN
658!
659!--       Store initial salinity profile
660          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
661       ENDIF
662
663       IF ( humidity )  THEN
664!
665!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
666!--       temperature
667          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
668          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
669          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
670!
671!--          Store initial profile of specific humidity and potential
672!--          temperature
673             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
674             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
675          ENDIF
676       ENDIF
677
678       IF ( passive_scalar )  THEN
679!
680!--       Store initial scalar profile
681          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
682       ENDIF
683
684!
685!--    Initialize fluxes at bottom surface
686       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
687
688          IF ( constant_heatflux )  THEN
689!
690!--          Heat flux is prescribed
691             IF ( random_heatflux )  THEN
692                CALL disturb_heatflux
693             ELSE
694                shf = surface_heatflux
695!
696!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
697                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
698                   DO  i = nxl-1, nxr+1
699                      DO  j = nys-1, nyn+1
700                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
701                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
702                         ENDIF
703                      ENDDO
704                   ENDDO
705                ENDIF
706             ENDIF
707             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = shf
708          ENDIF
709
710!
711!--       Determine the near-surface water flux
712          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
713             IF ( constant_waterflux )  THEN
714                qsws   = surface_waterflux
715                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )  qsws_m = qsws
716             ENDIF
717          ENDIF
718
719       ENDIF
720
721!
722!--    Initialize fluxes at top surface
723!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
724!--    The latent flux is zero in this case!
725       IF ( use_top_fluxes )  THEN
726
727          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
728!
729!--          Heat flux is prescribed
730             tswst = top_heatflux
731             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
732
733             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
734                qswst = 0.0
735                IF ( ASSOCIATED( qswst_m ) )  qswst_m = qswst
736             ENDIF
737
738             IF ( ocean )  THEN
739                saswsb = bottom_salinityflux
740                saswst = top_salinityflux
741             ENDIF
742          ENDIF
743
744!
745!--       Initialization in case of a coupled model run
746          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
747             tswst = 0.0
748             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
749          ENDIF
750
751       ENDIF
752
753!
754!--    Initialize Prandtl layer quantities
755       IF ( prandtl_layer )  THEN
756
757          z0 = roughness_length
758
759          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
760!
761!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
762!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
763!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
764!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
765!--          value in the course of the first few time steps.
766             shf   = 0.0
767             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = 0.0
768          ENDIF
769
770          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
771             IF ( .NOT. constant_waterflux )  THEN
772                qsws   = 0.0
773                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )   qsws_m = 0.0
774             ENDIF
775          ENDIF
776
777       ENDIF
778
779!
780!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
781       IF ( conserve_volume_flow )  THEN
782
783          volume_flow_initial_l = 0.0
784          volume_flow_area_l    = 0.0
785 
786          IF ( nxr == nx )  THEN
787             DO  j = nys, nyn
788                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
789                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
790                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
791                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
792                ENDDO
793!
794!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
795                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
796                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
797             ENDDO
798          ENDIF
799
800          IF ( nyn == ny )  THEN
801             DO  i = nxl, nxr
802                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
803                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
804                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
805                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
806                ENDDO
807!
808!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
809                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
810                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
811             ENDDO
812          ENDIF
813
814#if defined( __parallel )
815          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
816                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
817          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
818                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
819#else
820          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
821          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
822#endif 
823       ENDIF
824
825!
826!--    For the moment, perturbation pressure and vertical velocity are zero
827       p = 0.0; w = 0.0
828
829!
830!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
831       sums = 0.0
832
833!
834!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
835!--    are zero at beginning of the simulation
836       IF ( cloud_physics )  THEN
837          ql = 0.0
838          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0
839       ENDIF
840
841!
842!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
843       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
844          CALL init_rankine
845       ENDIF
846
847!
848!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
849       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
850          CALL init_pt_anomaly
851       ENDIF
852
853!
854!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
855       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
856          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
857       ENDIF
858
859!
860!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
861!--    run
862       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
863            q_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
864          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
865       ENDIF
866
867!
868!--    Initialize the random number generator (from numerical recipes)
869       CALL random_function_ini
870
871!
872!--    Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
873!--    remove the divergences from the velocity field
874       IF ( create_disturbances )  THEN
875          CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
876          CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
877          n_sor = nsor_ini
878          CALL pres
879          n_sor = nsor
880       ENDIF
881
882!
883!--    Once again set the perturbation pressure explicitly to zero in order to
884!--    assure that it does not generate any divergences in the first time step.
885!--    At t=0 the velocity field is free of divergence (as constructed above).
886!--    Divergences being created during a time step are not yet known and thus
887!--    cannot be corrected during the time step yet.
888       p = 0.0
889
890!
891!--    Initialize old and new time levels.
892       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
893          e_m = e; pt_m = pt; u_m = u; v_m = v; w_m = w; kh_m = kh; km_m = km
894       ELSE
895          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
896       ENDIF
897       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
898
899       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
900          IF ( ASSOCIATED( q_m ) )  q_m = q
901          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  tq_m = 0.0
902          q_p = q
903          IF ( humidity  .AND.  ASSOCIATED( vpt_m ) )  vpt_m = vpt
904       ENDIF
905
906       IF ( ocean )  THEN
907          tsa_m = 0.0
908          sa_p  = sa
909       ENDIF
910
911
912    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
913             TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  &
914    THEN
915!
916!--    When reading data for initializing the recycling method, first read
917!--    some of the global variables from restart file
918       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  THEN
919
920          WRITE (9,*) 'before read_parts_of_var_list'
921          CALL local_flush( 9 )
922          CALL read_parts_of_var_list
923          WRITE (9,*) 'after read_parts_of_var_list'
924          CALL local_flush( 9 )
925          CALL close_file( 13 )
926!
927!--       Store temporally and horizontally averaged vertical profiles to be
928!--       used as mean inflow profiles
929          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
930
931          mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
932          mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
933          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)    ! pt
934          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)    ! e
935
936!
937!--       Use these mean profiles for the inflow (provided that Dirichlet
938!--       conditions are used)
939          IF ( inflow_l )  THEN
940             DO  j = nys-1, nyn+1
941                DO  k = nzb, nzt+1
942                   u(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
943                   v(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
944                   w(k,j,-1)  = 0.0
945                   pt(k,j,-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
946                   e(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
947                ENDDO
948             ENDDO
949          ENDIF
950
951!
952!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
953!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
954!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
955!--       in time.
956          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9 )  THEN
957!
958!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun
959             inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
960
961          ENDIF
962
963          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9 )  THEN
964!
965!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped layer
966             inflow_damping_width = 0.1 * inflow_damping_height
967
968          ENDIF
969
970          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
971
972          DO  k = nzb, nzt+1
973
974             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
975                inflow_damping_factor(k) = 1.0
976             ELSEIF ( zu(k) <= inflow_damping_height + inflow_damping_width ) &
977             THEN
978                inflow_damping_factor(k) = 1.0 -                               &
979                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
980                                           inflow_damping_width
981             ELSE
982                inflow_damping_factor(k) = 0.0
983             ENDIF
984
985          ENDDO
986
987       ENDIF
988
989!
990!--    Read binary data from restart file
991          WRITE (9,*) 'before read_3d_binary'
992          CALL local_flush( 9 )
993       CALL read_3d_binary
994          WRITE (9,*) 'after read_3d_binary'
995          CALL local_flush( 9 )
996
997!
998!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
999       IF ( conserve_volume_flow  .AND.  &
1000            TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  THEN
1001
1002          volume_flow_initial_l = 0.0
1003          volume_flow_area_l    = 0.0
1004 
1005          IF ( nxr == nx )  THEN
1006             DO  j = nys, nyn
1007                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
1008                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1009                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
1010                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
1011                ENDDO
1012!
1013!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1014                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1015                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
1016             ENDDO
1017          ENDIF
1018
1019          IF ( nyn == ny )  THEN
1020             DO  i = nxl, nxr
1021                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
1022                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1023                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
1024                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
1025                ENDDO
1026!
1027!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1028                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1029                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
1030             ENDDO
1031          ENDIF
1032
1033#if defined( __parallel )
1034          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1035                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1036          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1037                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1038#else
1039          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1040          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1041#endif 
1042       ENDIF
1043
1044
1045!
1046!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1047!--    of a sloping surface
1048       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1049
1050!
1051!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1052!--    including ghost points)
1053       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1054       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  q_p = q
1055       IF ( ocean )  sa_p = sa
1056
1057!
1058!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1059!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1060!--    there before they are set.
1061       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1062          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
1063          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  tq_m = 0.0
1064          IF ( ocean )  tsa_m = 0.0
1065       ENDIF
1066
1067    ELSE
1068!
1069!--    Actually this part of the programm should not be reached
1070       IF ( myid == 0 )  PRINT*,'+++ init_3d_model: unknown initializing ', &
1071                                                    'problem'
1072       CALL local_stop
1073    ENDIF
1074
1075
1076    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1077!
1078!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1079       IF ( outflow_l )  THEN
1080          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1081          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1082          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1083       ENDIF
1084       IF ( outflow_r )  THEN
1085          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1086          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1087          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1088       ENDIF
1089       IF ( outflow_s )  THEN
1090          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1091          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1092          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1093       ENDIF
1094       IF ( outflow_n )  THEN
1095          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1096          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1097          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1098       ENDIF
1099
1100    ENDIF
1101
1102!
1103!-- Initialization of the leaf area density
1104    IF ( plant_canopy ) THEN
1105 
1106       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1107
1108          CASE( 'block' )
1109
1110             DO  i = nxl-1, nxr+1
1111                DO  j = nys-1, nyn+1
1112                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1113                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
1114                   IF ( passive_scalar ) THEN
1115                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1116                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1117                   ENDIF
1118                ENDDO
1119             ENDDO
1120
1121          CASE DEFAULT
1122
1123!
1124!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1125!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1126!--          user has coded a special case in the user interface.
1127!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1128!--          which of these two conditions applies.
1129             CALL user_init_plant_canopy
1130 
1131          END SELECT
1132
1133       CALL exchange_horiz( lad_s )
1134       CALL exchange_horiz( cdc )
1135
1136       IF ( passive_scalar ) THEN
1137          CALL exchange_horiz( sls )
1138          CALL exchange_horiz( sec )
1139       ENDIF
1140
1141!
1142!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1143!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1144!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1145!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1146!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1147
1148       DO  i = nxl, nxr
1149          DO  j = nys, nyn
1150             DO  k = nzb, nzt+1 
1151                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0 ) THEN
1152                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1153                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1154                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1155                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1156                ENDIF
1157             ENDDO
1158             DO  k = nzb, nzt
1159                lad_w(k,j,i) = 0.5 * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
1160             ENDDO
1161          ENDDO
1162       ENDDO
1163
1164       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0
1165       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
1166
1167       CALL exchange_horiz( lad_u )
1168       CALL exchange_horiz( lad_v )
1169       CALL exchange_horiz( lad_w )
1170
1171!
1172!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
1173       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
1174!
1175!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1176!--       integration of the leaf area density
1177          lai(:,:,:) = 0.0
1178          DO  i = nxl-1, nxr+1
1179             DO  j = nys-1, nyn+1
1180                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1181                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
1182                                ( 0.5 * ( lad_w(k+1,j,i) +       &
1183                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1184                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
1185                                ( 0.5 * ( lad_w(k,j,i)   +       &
1186                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1187                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1188                ENDDO
1189             ENDDO
1190          ENDDO
1191
1192!
1193!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1194!--       canopy
1195          DO  i = nxl-1, nxr+1
1196             DO  j = nys-1, nyn+1
1197                DO  k = 0, pch_index
1198                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
1199                                             exp( -0.6 * lai(k,j,i) )
1200                ENDDO
1201             ENDDO
1202          ENDDO
1203
1204!
1205!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1206!--       distribution within the canopy
1207          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1208
1209          IF ( ASSOCIATED( shf_m ) ) shf_m = shf
1210
1211       ENDIF
1212
1213    ENDIF
1214
1215!
1216!-- If required, initialize dvrp-software
1217    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9 )  CALL init_dvrp
1218
1219    IF ( ocean )  THEN
1220!
1221!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1222       CALL init_ocean
1223    ELSE
1224!
1225!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1226!--    This routine must be called before init_particles, because
1227!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1228!--    init_particles) is not defined.
1229       CALL init_cloud_physics
1230    ENDIF
1231
1232!
1233!-- If required, initialize particles
1234    IF ( particle_advection )  CALL init_particles
1235
1236!
1237!-- Initialize quantities for special advections schemes
1238    CALL init_advec
1239
1240!
1241!-- Initialize Rayleigh damping factors
1242    rdf = 0.0
1243    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0 )  THEN
1244       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1245          DO  k = nzb+1, nzt
1246             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1247                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1248                      ( SIN( pi * 0.5 * ( zu(k) - rayleigh_damping_height )    &
1249                                      / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
1250                      )**2
1251             ENDIF
1252          ENDDO
1253       ELSE
1254          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1255             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1256                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1257                      ( SIN( pi * 0.5 * ( rayleigh_damping_height - zu(k) )    &
1258                                      / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
1259                      )**2
1260             ENDIF
1261          ENDDO
1262       ENDIF
1263    ENDIF
1264
1265!
1266!-- Initialize diffusivities used within the outflow damping layer in case of
1267!-- non-cyclic lateral boundaries. A linear increase is assumed over the first
1268!-- half of the width of the damping layer
1269    IF ( bc_lr == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1270
1271       DO  i = nxl-1, nxr+1
1272          IF ( i >= nx - outflow_damping_width )  THEN
1273             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1274                            ( i - ( nx - outflow_damping_width ) ) /   &
1275                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1276                                             )
1277          ELSE
1278             km_damp_x(i) = 0.0
1279          ENDIF
1280       ENDDO
1281
1282    ELSEIF ( bc_lr == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1283
1284       DO  i = nxl-1, nxr+1
1285          IF ( i <= outflow_damping_width )  THEN
1286             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1287                            ( outflow_damping_width - i ) /            &
1288                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1289                                             )
1290          ELSE
1291             km_damp_x(i) = 0.0
1292          ENDIF
1293       ENDDO
1294
1295    ENDIF
1296
1297    IF ( bc_ns == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1298
1299       DO  j = nys-1, nyn+1
1300          IF ( j >= ny - outflow_damping_width )  THEN
1301             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1302                            ( j - ( ny - outflow_damping_width ) ) /   &
1303                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1304                                             )
1305          ELSE
1306             km_damp_y(j) = 0.0
1307          ENDIF
1308       ENDDO
1309
1310    ELSEIF ( bc_ns == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1311
1312       DO  j = nys-1, nyn+1
1313          IF ( j <= outflow_damping_width )  THEN
1314             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1315                            ( outflow_damping_width - j ) /            &
1316                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1317                                             )
1318          ELSE
1319             km_damp_y(j) = 0.0
1320          ENDIF
1321       ENDDO
1322
1323    ENDIF
1324
1325!
1326!-- Initialize local summation arrays for UP flow_statistics. This is necessary
1327!-- because they may not yet have been initialized when they are called from
1328!-- flow_statistics (or - depending on the chosen model run - are never
1329!-- initialized)
1330    sums_divnew_l      = 0.0
1331    sums_divold_l      = 0.0
1332    sums_l_l           = 0.0
1333    sums_up_fraction_l = 0.0
1334    sums_wsts_bc_l     = 0.0
1335
1336!
1337!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1338    rmask = 1.0
1339
1340!
1341!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1342!-- of allowed timeseries is not exceeded
1343    CALL user_init
1344
1345    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1346       IF ( myid == 0 )  THEN
1347          PRINT*, '+++ user_init: number of time series quantities exceeds', &
1348                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max
1349          PRINT*, '    Please increase dots_max in modules.f90.'
1350       ENDIF
1351       CALL local_stop
1352    ENDIF
1353
1354!
1355!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1356!-- after call of user_init!
1357    CALL close_file( 13 )
1358
1359!
1360!-- Compute total sum of active mask grid points
1361!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1362!--          total domain
1363!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1364    ngp_2dh_outer_l   = 0
1365    ngp_2dh_outer     = 0
1366    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1367    ngp_2dh_s_inner   = 0
1368    ngp_2dh_l         = 0
1369    ngp_2dh           = 0
1370    ngp_3d_inner_l    = 0
1371    ngp_3d_inner      = 0
1372    ngp_3d            = 0
1373    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1374
1375    DO  sr = 0, statistic_regions
1376       DO  i = nxl, nxr
1377          DO  j = nys, nyn
1378             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0 )  THEN
1379!
1380!--             All xy-grid points
1381                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1382!
1383!--             xy-grid points above topography
1384                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1385                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1386                ENDDO
1387                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1388                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1389                ENDDO
1390!
1391!--             All grid points of the total domain above topography
1392                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1393                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1394             ENDIF
1395          ENDDO
1396       ENDDO
1397    ENDDO
1398
1399    sr = statistic_regions + 1
1400#if defined( __parallel )
1401    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,  &
1402                        comm2d, ierr )
1403    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr, &
1404                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1405    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),        &
1406                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1407    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner(0), sr, MPI_INTEGER, &
1408                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1409#else
1410    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1411    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1412    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1413    ngp_3d_inner    = ngp_3d_inner_l
1414#endif
1415
1416    ngp_3d = ngp_2dh * ( nz + 2 )
1417
1418!
1419!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1420!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1421!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1422    ngp_2dh_outer = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:) ) 
1423    ngp_3d_inner  = MAX( 1, ngp_3d_inner(:)    )
1424
1425    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l )
1426
1427
1428 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.