source: palm/tags/release-6.0/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 3800

Last change on this file since 3800 was 3473, checked in by suehring, 5 years ago

Bugfix for previous commit

  • Property svn:keywords set to Id
  • Property svn:mergeinfo set to False
    /palm/branches/chemistry/SOURCE/init_3d_model.f902047-3190,​3218-3297
    /palm/branches/forwind/SOURCE/init_3d_model.f901564-1913
    /palm/branches/mosaik_M2/init_3d_model.f902360-3471
    /palm/branches/palm4u/SOURCE/init_3d_model.f902540-2692
    /palm/branches/rans/SOURCE/init_3d_model.f902078-3128
    /palm/branches/salsa/SOURCE/init_3d_model.f902503-3460
File size: 98.7 KB
Line 
1!> @file init_3d_model.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 1997-2018 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: init_3d_model.f90 3473 2018-10-30 20:50:15Z forkel $
27! Add virtual measurement module
28!
29! 3472 2018-10-30 20:43:50Z suehring
30! Add indoor model (kanani, srissman, tlang)
31!
32! 3467 2018-10-30 19:05:21Z suehring
33! Implementation of a new aerosol module salsa.
34!
35! 3458 2018-10-30 14:51:23Z kanani
36! from chemistry branch r3443, basit:
37! bug fixed in sums and sums_l for chemistry profile output
38!
39! 3448 2018-10-29 18:14:31Z kanani
40! Add biometeorology
41!
42! 3421 2018-10-24 18:39:32Z gronemeier
43! Initialize surface data output
44!
45! 3415 2018-10-24 11:57:50Z suehring
46! Set bottom boundary condition for geostrophic wind components in inifor
47! initialization
48!
49! 3347 2018-10-15 14:21:08Z suehring
50! - Separate offline nesting from large_scale_nudging_mod
51! - Improve the synthetic turbulence generator
52!
53! 3298 2018-10-02 12:21:11Z kanani
54! Minor formatting (kanani)
55! Added CALL to the chem_emissions module (Russo)
56!
57! 3294 2018-10-01 02:37:10Z raasch
58! allocate and set stokes drift velocity profiles
59!
60! 3298 2018-10-02 12:21:11Z kanani
61! Minor formatting (kanani)
62! Added CALL to the chem_emissions module (Russo)
63!
64! 3294 2018-10-01 02:37:10Z raasch
65! changes concerning modularization of ocean option
66!
67! 3289 2018-09-28 10:23:58Z suehring
68! Introduce module parameter for number of inflow profiles
69!
70! 3288 2018-09-28 10:23:08Z suehring
71! Modularization of all bulk cloud physics code components
72!
73! 3241 2018-09-12 15:02:00Z raasch
74! unused variables removed
75!
76! 3234 2018-09-07 13:46:58Z schwenkel
77! The increase of dots_num in case of radiation or land surface model must
78! be done before user_init is called
79!
80! 3183 2018-07-27 14:25:55Z suehring
81! Revise Inifor initialization
82!
83! 3182 2018-07-27 13:36:03Z suehring
84! Added multi agent system
85!
86! 3129 2018-07-16 07:45:13Z gronemeier
87! Move initialization call for nudging and 1D/3D offline nesting.
88! Revise initialization with inifor data.
89!
90! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
91! Error messages revised
92!
93! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
94! Error messages revised
95!
96! 3042 2018-05-25 10:44:37Z schwenkel
97! Changed the name specific humidity to mixing ratio
98!
99! 3040 2018-05-25 10:22:08Z schwenkel
100! Add option to initialize warm air bubble close to surface
101!
102! 3014 2018-05-09 08:42:38Z maronga
103! Bugfix: initialization of ts_value missing
104!
105! 3011 2018-05-07 14:38:42Z schwenkel
106! removed redundant if statement
107!
108! 3004 2018-04-27 12:33:25Z Giersch
109! precipitation_rate removed
110!
111! 2995 2018-04-19 12:13:16Z Giersch
112! CALL radiation_control is not necessary during initialization because
113! calculation of radiative fluxes at model start is done in radiation_init
114! in any case
115!
116! 2977 2018-04-17 10:27:57Z kanani
117! Implement changes from branch radiation (r2948-2971) with minor modifications
118! (moh.hefny):
119! - set radiation_interactions according to the existence of urban/land vertical
120!   surfaces and trees to activiate RTM
121! - set average_radiation to TRUE if RTM is activiated
122!
123! 2938 2018-03-27 15:52:42Z suehring
124! - Revise Inifor initialization for geostrophic wind components
125! - Initialize synthetic turbulence generator in case of Inifor initialization 
126!
127! 2936 2018-03-27 14:49:27Z suehring
128! Synchronize parent and child models after initialization.
129! Remove obsolete masking of topography grid points for Runge-Kutta weighted
130! tendency arrays.
131!
132! 2920 2018-03-22 11:22:01Z kanani
133! Add call for precalculating apparent solar positions (moh.hefny)
134!
135! 2906 2018-03-19 08:56:40Z Giersch
136! The variables read/write_svf_on_init have been removed. Instead ENVIRONMENT
137! variables read/write_svf have been introduced. Location_message has been
138! added.
139!
140! 2894 2018-03-15 09:17:58Z Giersch
141! Renamed routines with respect to reading restart data, file 13 is closed in
142! rrd_read_parts_of_global now
143!
144! 2867 2018-03-09 09:40:23Z suehring
145! Further bugfix concerning call of user_init.
146!
147! 2864 2018-03-08 11:57:45Z suehring
148! Bugfix, move call of user_init in front of initialization of grid-point
149! arrays
150!
151! 2817 2018-02-19 16:32:21Z knoop
152! Preliminary gust module interface implemented
153!
154! 2776 2018-01-31 10:44:42Z Giersch
155! Variable use_synthetic_turbulence_generator has been abbreviated
156!
157! 2766 2018-01-22 17:17:47Z kanani
158! Removed preprocessor directive __chem
159!
160! 2758 2018-01-17 12:55:21Z suehring
161! In case of spinup of land- and urban-surface model, do not mask wind velocity
162! at first computational grid level
163!
164! 2746 2018-01-15 12:06:04Z suehring
165! Move flag plant canopy to modules
166!
167! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
168! Corrected "Former revisions" section
169!
170! 2705 2017-12-18 11:26:23Z maronga
171! Bugfix for reading initial profiles from ls/nuding file
172!
173! 2701 2017-12-15 15:40:50Z suehring
174! Changes from last commit documented
175!
176! 2700 2017-12-15 14:12:35Z suehring
177! Bugfix, missing initialization of surface attributes in case of
178! inifor-initialization branch
179!
180! 2698 2017-12-14 18:46:24Z suehring
181! Bugfix in get_topography_top_index
182!
183! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
184! Change in file header (GPL part)
185! Implementation of uv exposure model (FK)
186! Moved initialisation of diss, e, kh, km to turbulence_closure_mod (TG)
187! Added chemical emissions (FK)
188! Initialize masking arrays and number-of-grid-points arrays before initialize
189! LSM, USM and radiation module
190! Initialization with inifor (MS)
191!
192! 2618 2017-11-16 15:37:30Z suehring
193! Reorder calls of init_surfaces.
194!
195! 2564 2017-10-19 15:56:56Z Giersch
196! Variable wind_turbine was added to control_parameters.
197!
198! 2550 2017-10-16 17:12:01Z boeske
199! Modifications to cyclic fill method and turbulence recycling method in case of
200! complex terrain simulations
201!
202! 2513 2017-10-04 09:24:39Z kanani
203! Bugfix in storing initial scalar profile (wrong index)
204!
205! 2350 2017-08-15 11:48:26Z kanani
206! Bugfix in nopointer version
207!
208! 2339 2017-08-07 13:55:26Z gronemeier
209! corrected timestamp in header
210!
211! 2338 2017-08-07 12:15:38Z gronemeier
212! Modularize 1D model
213!
214! 2329 2017-08-03 14:24:56Z knoop
215! Removed temporary bugfix (r2327) as bug is properly resolved by this revision
216!
217! 2327 2017-08-02 07:40:57Z maronga
218! Temporary bugfix
219!
220! 2320 2017-07-21 12:47:43Z suehring
221! Modularize large-scale forcing and nudging
222!
223! 2292 2017-06-20 09:51:42Z schwenkel
224! Implementation of new microphysic scheme: cloud_scheme = 'morrison'
225! includes two more prognostic equations for cloud drop concentration (nc) 
226! and cloud water content (qc).
227!
228! 2277 2017-06-12 10:47:51Z kanani
229! Removed unused variable sums_up_fraction_l
230!
231! 2270 2017-06-09 12:18:47Z maronga
232! dots_num must be increased when LSM and/or radiation is used
233!
234! 2259 2017-06-08 09:09:11Z gronemeier
235! Implemented synthetic turbulence generator
236!
237! 2252 2017-06-07 09:35:37Z knoop
238! rho_air now depending on surface_pressure even in Boussinesq mode
239!
240! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
241!
242! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
243! Adjustments to new topography and surface concept:
244!   - Modify passed parameters for disturb_field
245!   - Topography representation via flags
246!   - Remove unused arrays.
247!   - Move initialization of surface-related quantities to surface_mod
248!
249! 2172 2017-03-08 15:55:25Z knoop
250! Bugfix: moved parallel random generator initialization into its module
251!
252! 2118 2017-01-17 16:38:49Z raasch
253! OpenACC directives removed
254!
255! 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop
256! Anelastic approximation implemented
257!
258! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
259! renamed variable rho to rho_ocean
260!
261! 2011 2016-09-19 17:29:57Z kanani
262! Flag urban_surface is now defined in module control_parameters.
263!
264! 2007 2016-08-24 15:47:17Z kanani
265! Added support for urban surface model,
266! adjusted location_message in case of plant_canopy
267!
268! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
269! Forced header and separation lines into 80 columns
270!
271! 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring
272! Initializaton of scalarflux at model top
273! Bugfixes in initialization of surface and top salinity flux, top scalar and
274! humidity fluxes
275!
276! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
277! Separate humidity and passive scalar
278! Increase dimension for mean_inflow_profiles
279! Remove inadvertent write-statement
280! Bugfix, large-scale forcing is still not implemented for passive scalars
281!
282! 1957 2016-07-07 10:43:48Z suehring
283! flight module added
284!
285! 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring
286! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
287! calculation of Obukhov length
288!
289! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
290! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
291! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
292!         routine because otherwise results from pres are overwritten
293!
294! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
295! Added initialization of the wind turbine model
296!
297! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
298! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
299!
300! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
301! Adapted for modularization of microphysics.
302! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
303! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
304! bcm_init.
305!
306! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
307! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
308!
309! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
310! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
311!
312! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
313! turbulence renamed collision_turbulence
314!
315! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
316! Renamed radiation calls.
317! Renamed canopy model calls.
318!
319! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
320! icloud_scheme replaced by microphysics_*
321!
322! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
323! Renamed lsm calls.
324!
325! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
326! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
327! in r1762)
328!
329! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
330! Added z0q.
331! Syntax layout improved.
332!
333! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
334! netcdf module name changed + related changes
335!
336! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
337! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
338!
339! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
340! Introduction of nested domain feature
341!
342! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
343! calculate mean surface level height for each statistic region
344!
345! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
346! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
347! set zero
348!
349! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
350! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
351! devision by zero in neutral stratification
352!
353! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
354! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
355!
356! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
357! Code annotations made doxygen readable
358!
359! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
360! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
361!
362! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
363! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
364!
365! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
366! adjustments for psolver-queries
367!
368! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
369! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
370! which is part of land_surface_model.
371!
372! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
373! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
374!
375! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
376! Added initialization of the land surface and radiation schemes
377!
378! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
379! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
380! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
381! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
382! call of subroutine init_plant_canopy added.
383!
384! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
385! var_d added, in order to normalize spectra.
386!
387! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
388! Ensemble run capability added to parallel random number generator
389!
390! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
391! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
392! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
393!
394! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
395! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
396! no-slip boundary condition for uv
397!
398! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
399! location messages modified
400!
401! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
402! Parallel random number generator added
403!
404! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
405! location messages added
406!
407! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
408! tend_* removed
409! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
410!
411! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
412! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
413! module
414!
415! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
416! REAL constants provided with KIND-attribute
417!
418! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
419! REAL constants defined as wp-kind
420!
421! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
422! REAL constants defined as wp-kind
423! module interfaces removed
424!
425! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
426! ONLY-attribute added to USE-statements,
427! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
428! kinds are defined in new module kinds,
429! revision history before 2012 removed,
430! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
431! all variable declaration statements
432!
433! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
434! Bugfix: allocation of w_subs
435!
436! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
437! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
438! with large scale forcing data (LSF_DATA)
439!
440! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
441! Overwrite initial profiles in case of nudging
442! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
443!
444! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
445! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
446! copy
447!
448! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
449! array tri is allocated and included in data copy statement
450!
451! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
452! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
453!
454! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
455! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
456!
457! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
458! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
459!
460! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
461! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
462!
463! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
464! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
465! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
466!
467! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
468! unused variables removed
469!
470! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
471! openACC directive modified
472!
473! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
474! openACC directives added for pres
475! array diss allocated only if required
476!
477! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
478! unused variables removed
479!
480! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
481! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
482!
483! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
484! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
485! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
486! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
487! +tend_*, prr
488!
489! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
490! code put under GPL (PALM 3.9)
491!
492! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
493! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
494!
495! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
496! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
497!
498! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
499! mask is set to zero for ghost boundaries
500!
501! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
502! cpp switch __nopointer added for pointer free version
503!
504! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
505! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
506!
507! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
508! all actions concerning leapfrog scheme removed
509!
510! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
511! little reformatting
512!
513! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
514! outflow damping layer removed
515! roughness length for scalar quantites z0h added
516! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
517! boundaries added
518! initialization of ptdf_x, ptdf_y
519! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
520!
521! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
522! init_particles renamed lpm_init
523!
524! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
525! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
526!
527! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
528! Initial revision
529!
530!
531! Description:
532! ------------
533!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
534!> a) pre-run the 1D model
535!> or
536!> b) pre-set constant linear profiles
537!> or
538!> c) read values of a previous run
539!------------------------------------------------------------------------------!
540 SUBROUTINE init_3d_model
541
542
543    USE advec_ws
544
545    USE arrays_3d
546
547    USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
548        ONLY:  c_p, g, l_v, pi, r_d, exner_function, exner_function_invers,    &
549               ideal_gas_law_rho, ideal_gas_law_rho_pt, barometric_formula
550
551    USE biometeorology_mod,                                                    &
552        ONLY:  biom_init, biom_init_arrays
553
554    USE bulk_cloud_model_mod,                                                  &
555        ONLY:  bulk_cloud_model, bcm_init, bcm_init_arrays
556
557    USE chem_emissions_mod,                                                    &
558        ONLY:  chem_emissions_init
559
560    USE chem_modules,                                                          &
561        ONLY:  do_emis, max_pr_cs, nspec_out
562
563    USE control_parameters
564
565    USE flight_mod,                                                            &
566        ONLY:  flight_init
567
568    USE grid_variables,                                                        &
569        ONLY:  dx, dy, ddx2_mg, ddy2_mg
570
571    USE gust_mod,                                                              &
572        ONLY:  gust_init, gust_init_arrays, gust_module_enabled
573
574    USE indices
575
576    USE indoor_model_mod,                                                      &
577        ONLY:  im_init
578
579    USE kinds
580
581    USE land_surface_model_mod,                                                &
582        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays
583
584    USE lpm_init_mod,                                                          &
585        ONLY:  lpm_init
586 
587    USE lsf_nudging_mod,                                                       &
588        ONLY:  lsf_init, ls_forcing_surf, nudge_init
589
590    USE model_1d_mod,                                                          &
591        ONLY:  init_1d_model, l1d, u1d, v1d
592
593    USE multi_agent_system_mod,                                                &
594        ONLY:  agents_active, mas_init
595
596    USE netcdf_interface,                                                      &
597        ONLY:  dots_max, dots_num, dots_unit, dots_label
598
599    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
600        ONLY:  chem_emis, chem_emis_att, init_3d,                              &
601               netcdf_data_input_init_3d, netcdf_data_input_interpolate
602
603    USE nesting_offl_mod,                                                      &
604        ONLY:  nesting_offl_init
605
606    USE ocean_mod,                                                             &
607        ONLY:  ocean_init, ocean_init_arrays
608
609    USE particle_attributes,                                                   &
610        ONLY:  particle_advection
611
612    USE pegrid
613
614    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
615        ONLY:  pcm_init
616
617    USE pmc_interface,                                                         &
618        ONLY:  nested_run
619
620    USE radiation_model_mod,                                                   &
621        ONLY:  average_radiation,                                              &
622               radiation_init, radiation, radiation_scheme,                    &
623               radiation_calc_svf, radiation_write_svf,                        &
624               radiation_interaction, radiation_interactions,                  &
625               radiation_interaction_init, radiation_read_svf,                 &
626               radiation_presimulate_solar_pos, radiation_interactions_on
627   
628    USE random_function_mod 
629   
630    USE random_generator_parallel,                                             &
631        ONLY:  init_parallel_random_generator
632       
633    USE read_restart_data_mod,                                                 &
634        ONLY:  rrd_read_parts_of_global, rrd_local   
635             
636    USE salsa_mod,                                                             &
637        ONLY:  salsa, salsa_init, salsa_init_arrays     
638   
639    USE statistics,                                                            &
640        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
641               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
642               sums_l_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,                             &
643               weight_pres, weight_substep
644
645    USE synthetic_turbulence_generator_mod,                                    &
646        ONLY:  parametrize_inflow_turbulence, stg_adjust, stg_init,            &
647               use_syn_turb_gen
648               
649    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
650        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
651
652    USE surface_mod,                                                           &
653        ONLY :  init_surface_arrays, init_surfaces, surf_def_h, surf_lsm_h,    &
654                surf_usm_h, get_topography_top_index_ji, vertical_surfaces_exist
655   
656    USE surface_output_mod,                                                    &
657        ONLY:  surface_output_init
658   
659    USE transpose_indices
660
661    USE turbulence_closure_mod,                                                &
662        ONLY:  tcm_init_arrays, tcm_init
663
664    USE urban_surface_mod,                                                     &
665        ONLY:  usm_init_urban_surface, usm_allocate_surface
666
667    USE uv_exposure_model_mod,                                                 &
668        ONLY:  uvem_init, uvem_init_arrays
669       
670    USE virtual_measurement_mod,                                               &
671        ONLY:  vm_init
672
673    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
674        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays
675
676    IMPLICIT NONE
677
678    INTEGER(iwp) ::  i             !<
679    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
680    INTEGER(iwp) ::  j             !<
681    INTEGER(iwp) ::  k             !<
682    INTEGER(iwp) ::  k_surf        !< surface level index
683    INTEGER(iwp) ::  m             !< index of surface element in surface data type
684    INTEGER(iwp) ::  sr            !< index of statistic region
685
686    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
687
688    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
689    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
690
691    REAL(wp)     ::  t_surface !< air temperature at the surface
692
693    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  init_l        !< dummy array used for averaging 3D data to obtain inital profiles
694    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  p_hydrostatic !< hydrostatic pressure
695
696    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
697    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
698    REAL(wp) ::  dx_l !< grid spacing along x on different multigrid level
699    REAL(wp) ::  dy_l !< grid spacing along y on different multigrid level
700
701    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
702    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
703
704    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
705    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
706    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
707
708    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift   !<
709    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift   !<
710    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift   !<
711    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift   !<
712    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift_l !<
713    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift_l !<
714    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift_l !<
715    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift_l !<
716
717    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
718!
719!-- Allocate arrays
720    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
721              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
722              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
723              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
724              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
725              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
726              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
727              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
728              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
729    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
730    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
731              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
732              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
733              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
734              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
735              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs),                   &
736              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs,0:threads_per_task-1),      &
737              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
738              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
739              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
740    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
741
742    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
743              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
744              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
745
746#if defined( __nopointer )
747    ALLOCATE( pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
748              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
749              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
750              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
751              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
752              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
753              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
754              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
755              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
756              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
757              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
758              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
759#else
760    ALLOCATE( pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
761              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
762              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
763              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
764              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
765              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
766              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
767              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
768              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
769              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
770              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
771    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
772       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
773    ENDIF
774#endif
775
776!
777!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
778!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
779!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
780!-- solver.
781    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
782       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
783    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
784!
785!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
786       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
787    ENDIF
788
789!
790!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
791    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
792       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
793       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
794    ENDIF
795
796    IF ( humidity )  THEN
797!
798!--    3D-humidity
799#if defined( __nopointer )
800       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
801                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
802                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
803                 vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
804#else
805       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
806                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
807                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
808                 vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ) 
809#endif
810
811       IF ( cloud_droplets )  THEN
812!
813!--       Liquid water content, change in liquid water content
814#if defined( __nopointer )
815          ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
816                     ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
817#else
818          ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
819                     ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
820#endif
821!
822!--       Real volume of particles (with weighting), volume of particles
823          ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
824                     ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
825       ENDIF
826
827    ENDIF   
828   
829    IF ( passive_scalar )  THEN
830
831!
832!--    3D scalar arrays
833#if defined( __nopointer )
834       ALLOCATE( s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
835                 s_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
836                 ts_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
837#else
838       ALLOCATE( s_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
839                 s_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
840                 s_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
841#endif
842    ENDIF
843
844!
845!-- Allocate and set 1d-profiles for Stokes drift velocity. It may be set to
846!-- non-zero values later in ocean_init
847    ALLOCATE( u_stokes_zu(nzb:nzt+1), u_stokes_zw(nzb:nzt+1),                  &
848              v_stokes_zu(nzb:nzt+1), v_stokes_zw(nzb:nzt+1) )
849    u_stokes_zu(:) = 0.0_wp
850    u_stokes_zw(:) = 0.0_wp
851    v_stokes_zu(:) = 0.0_wp
852    v_stokes_zw(:) = 0.0_wp
853
854!
855!-- Allocation of anelastic and Boussinesq approximation specific arrays
856    ALLOCATE( p_hydrostatic(nzb:nzt+1) )
857    ALLOCATE( rho_air(nzb:nzt+1) )
858    ALLOCATE( rho_air_zw(nzb:nzt+1) )
859    ALLOCATE( drho_air(nzb:nzt+1) )
860    ALLOCATE( drho_air_zw(nzb:nzt+1) )
861!
862!-- Density profile calculation for anelastic approximation
863    t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**( r_d / c_p )
864    IF ( TRIM( approximation ) == 'anelastic' ) THEN
865       DO  k = nzb, nzt+1
866          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
867                                ( 1 - ( g * zu(k) ) / ( c_p * t_surface )      &
868                                )**( c_p / r_d )
869          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
870                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
871                                  )**( r_d / c_p )                             &
872                                ) / ( r_d * pt_init(k) )
873       ENDDO
874       DO  k = nzb, nzt
875          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
876       ENDDO
877       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
878                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
879    ELSE
880       DO  k = nzb, nzt+1
881          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
882                                ( 1 - ( g * zu(nzb) ) / ( c_p * t_surface )    &
883                                )**( c_p / r_d )
884          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
885                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
886                                  )**( r_d / c_p )                             &
887                                ) / ( r_d * pt_init(nzb) )
888       ENDDO
889       DO  k = nzb, nzt
890          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
891       ENDDO
892       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
893                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
894    ENDIF
895!
896!-- compute the inverse density array in order to avoid expencive divisions
897    drho_air    = 1.0_wp / rho_air
898    drho_air_zw = 1.0_wp / rho_air_zw
899
900!
901!-- Allocation of flux conversion arrays
902    ALLOCATE( heatflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
903    ALLOCATE( waterflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
904    ALLOCATE( momentumflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
905    ALLOCATE( heatflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
906    ALLOCATE( waterflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
907    ALLOCATE( momentumflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
908
909!
910!-- calculate flux conversion factors according to approximation and in-/output mode
911    DO  k = nzb, nzt+1
912
913        IF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'kinematic' )  THEN
914            heatflux_input_conversion(k)      = rho_air_zw(k)
915            waterflux_input_conversion(k)     = rho_air_zw(k)
916            momentumflux_input_conversion(k)  = rho_air_zw(k)
917        ELSEIF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'dynamic' ) THEN
918            heatflux_input_conversion(k)      = 1.0_wp / c_p
919            waterflux_input_conversion(k)     = 1.0_wp / l_v
920            momentumflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
921        ENDIF
922
923        IF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'kinematic' )  THEN
924            heatflux_output_conversion(k)     = drho_air_zw(k)
925            waterflux_output_conversion(k)    = drho_air_zw(k)
926            momentumflux_output_conversion(k) = drho_air_zw(k)
927        ELSEIF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'dynamic' ) THEN
928            heatflux_output_conversion(k)     = c_p
929            waterflux_output_conversion(k)    = l_v
930            momentumflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
931        ENDIF
932
933        IF ( .NOT. humidity ) THEN
934            waterflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
935            waterflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
936        ENDIF
937
938    ENDDO
939
940!
941!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
942!-- grid levels with respective density on each grid
943    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
944
945       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level) )
946       ALLOCATE( ddy2_mg(maximum_grid_level) )
947       ALLOCATE( dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
948       ALLOCATE( dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
949       ALLOCATE( f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
950       ALLOCATE( f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
951       ALLOCATE( f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
952       ALLOCATE( rho_air_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
953       ALLOCATE( rho_air_zw_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
954
955       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
956       rho_air_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air
957!       
958!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
959       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
960       rho_air_mg(nzb,maximum_grid_level) = rho_air(nzb) +                     &
961                                             (rho_air(nzb) - rho_air(nzb+1))
962
963       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
964       rho_air_zw_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air_zw
965       nzt_l = nzt
966       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
967           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
968           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
969           rho_air_mg(nzb,l)    = rho_air_mg(nzb,l+1) + (rho_air_mg(nzb,l+1) - rho_air_mg(nzb+1,l+1))
970           rho_air_zw_mg(nzb,l) = rho_air_zw_mg(nzb,l+1) + (rho_air_zw_mg(nzb,l+1) - rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1))
971           rho_air_mg(nzb+1,l)    = rho_air_mg(nzb+1,l+1)
972           rho_air_zw_mg(nzb+1,l) = rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1)
973           nzt_l = nzt_l / 2
974           DO  k = 2, nzt_l+1
975              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
976              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
977              rho_air_mg(k,l)    = rho_air_mg(2*k-1,l+1)
978              rho_air_zw_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(2*k-1,l+1)
979           ENDDO
980       ENDDO
981
982       nzt_l = nzt
983       dx_l  = dx
984       dy_l  = dy
985       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
986          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
987          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
988          DO  k = nzb+1, nzt_l
989             f2_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k,l) / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
990             f3_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k-1,l) / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
991             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) &
992                          * rho_air_mg(k,l) + f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
993          ENDDO
994          nzt_l = nzt_l / 2
995          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
996          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
997       ENDDO
998
999    ENDIF
1000
1001!
1002!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
1003    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
1004       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
1005       w_subs = 0.0_wp
1006    ENDIF
1007
1008!
1009!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
1010!-- are needed for radiation boundary conditions
1011    IF ( bc_radiation_l )  THEN
1012       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
1013                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
1014                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
1015    ENDIF
1016    IF ( bc_radiation_r )  THEN
1017       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
1018                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
1019                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
1020    ENDIF
1021    IF ( bc_radiation_l  .OR.  bc_radiation_r )  THEN
1022       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
1023                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
1024    ENDIF
1025    IF ( bc_radiation_s )  THEN
1026       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
1027                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
1028                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
1029    ENDIF
1030    IF ( bc_radiation_n )  THEN
1031       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
1032                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
1033                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
1034    ENDIF
1035    IF ( bc_radiation_s  .OR.  bc_radiation_n )  THEN
1036       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
1037                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
1038    ENDIF
1039    IF ( bc_radiation_l  .OR.  bc_radiation_r  .OR.  bc_radiation_s  .OR.      &
1040         bc_radiation_n )  THEN
1041       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
1042       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
1043    ENDIF
1044
1045
1046#if ! defined( __nopointer )
1047!
1048!-- Initial assignment of the pointers
1049    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1050       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
1051    ELSE
1052       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
1053    ENDIF
1054    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
1055    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
1056    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
1057
1058    IF ( humidity )  THEN
1059       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
1060       vpt  => vpt_1
1061       IF ( cloud_droplets )  THEN
1062          ql   => ql_1
1063          ql_c => ql_2
1064       ENDIF
1065    ENDIF
1066   
1067    IF ( passive_scalar )  THEN
1068       s => s_1;  s_p => s_2;  ts_m => s_3
1069    ENDIF   
1070#endif
1071
1072!
1073!-- Initialize arrays for turbulence closure
1074    CALL tcm_init_arrays
1075!
1076!-- Initialize surface arrays
1077    CALL init_surface_arrays
1078!
1079!-- Allocate arrays for other modules
1080    IF ( biometeorology      )  CALL biom_init_arrays
1081    IF ( bulk_cloud_model    )  CALL bcm_init_arrays
1082    IF ( gust_module_enabled )  CALL gust_init_arrays
1083    IF ( land_surface        )  CALL lsm_init_arrays
1084    IF ( ocean_mode          )  CALL ocean_init_arrays
1085    IF ( salsa               )  CALL salsa_init_arrays
1086    IF ( wind_turbine        )  CALL wtm_init_arrays
1087    IF ( uv_exposure         )  CALL uvem_init_arrays
1088
1089!
1090!-- Initialize virtual flight measurements
1091    IF ( virtual_flight )  THEN
1092       CALL flight_init
1093    ENDIF
1094
1095!
1096!-- Read uv exposure input data
1097    IF ( uv_exposure )  THEN
1098       CALL uvem_init
1099    ENDIF
1100
1101!
1102!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
1103!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
1104!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
1105!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
1106!-- will be set.
1107    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
1108              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
1109    weight_substep = 1.0_wp
1110    weight_pres    = 1.0_wp
1111    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
1112       
1113    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1114
1115!
1116!-- Initialize time series
1117    ts_value = 0.0_wp
1118
1119!
1120!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1121!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1122!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1123!-- are never initialized)
1124    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1125    sums_divold_l      = 0.0_wp
1126    sums_l_l           = 0.0_wp
1127    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
1128   
1129!
1130!-- Initialize model variables
1131    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1132         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1133!
1134!--    Initialization with provided input data derived from larger-scale model
1135       IF ( INDEX( initializing_actions, 'inifor' ) /= 0 )  THEN
1136          CALL location_message( 'initializing with INIFOR', .FALSE. )
1137!
1138!--       Read initial 1D profiles or 3D data from NetCDF file, depending
1139!--       on the provided level-of-detail.
1140!--       At the moment, only u, v, w, pt and q are provided.
1141          CALL netcdf_data_input_init_3d
1142!
1143!--       Please note, Inifor provides data from nzb+1 to nzt.
1144!--       Bottom and top boundary conditions for Inifor profiles are already
1145!--       set (just after reading), so that this is not necessary here.
1146!--       Depending on the provided level-of-detail, initial Inifor data is
1147!--       either stored on data type (lod=1), or directly on 3D arrays (lod=2).
1148!--       In order to obtain also initial profiles in case of lod=2 (which
1149!--       is required for e.g. damping), average over 3D data.
1150          IF( init_3d%lod_u == 1 )  THEN
1151             u_init = init_3d%u_init
1152          ELSEIF( init_3d%lod_u == 2 )  THEN
1153             ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1154             DO  k = nzb, nzt+1
1155                init_l(k) = SUM( u(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1156             ENDDO
1157             init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1158
1159#if defined( __parallel )
1160             CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, u_init, nzt+1-nzb+1,                  &
1161                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1162#else
1163             u_init = init_l
1164#endif
1165             DEALLOCATE( init_l )
1166
1167          ENDIF
1168           
1169          IF( init_3d%lod_v == 1 )  THEN 
1170             v_init = init_3d%v_init
1171          ELSEIF( init_3d%lod_v == 2 )  THEN
1172             ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1173             DO  k = nzb, nzt+1
1174                init_l(k) = SUM( v(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1175             ENDDO
1176             init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1177
1178#if defined( __parallel )
1179             CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, v_init, nzt+1-nzb+1,                  &
1180                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1181#else
1182             v_init = init_l
1183#endif
1184             DEALLOCATE( init_l )
1185          ENDIF
1186          IF( .NOT. neutral )  THEN
1187             IF( init_3d%lod_pt == 1 )  THEN
1188                pt_init = init_3d%pt_init
1189             ELSEIF( init_3d%lod_pt == 2 )  THEN
1190                ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1191                DO  k = nzb, nzt+1
1192                   init_l(k) = SUM( pt(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1193                ENDDO
1194                init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1195
1196#if defined( __parallel )
1197                CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, pt_init, nzt+1-nzb+1,               &
1198                                    MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1199#else
1200                pt_init = init_l
1201#endif
1202                DEALLOCATE( init_l )
1203             ENDIF
1204          ENDIF
1205
1206
1207          IF( humidity )  THEN
1208             IF( init_3d%lod_q == 1 )  THEN
1209                q_init = init_3d%q_init
1210             ELSEIF( init_3d%lod_q == 2 )  THEN
1211                ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1212                DO  k = nzb, nzt+1
1213                   init_l(k) = SUM( q(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1214                ENDDO
1215                init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1216
1217#if defined( __parallel )
1218                CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, q_init, nzt+1-nzb+1,               &
1219                                    MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1220#else
1221                q_init = init_l
1222#endif
1223                DEALLOCATE( init_l )
1224             ENDIF
1225          ENDIF
1226
1227!
1228!--       Write initial profiles onto 3D arrays. Note, only in case of lod = 1,
1229!--       for lod = 2 data is already on 3D arrays.   
1230          DO  i = nxlg, nxrg
1231             DO  j = nysg, nyng
1232                IF( init_3d%lod_u == 1 )  u(:,j,i) = u_init(:)
1233                IF( init_3d%lod_v == 1 )  v(:,j,i) = v_init(:)
1234                IF( .NOT. neutral  .AND.  init_3d%lod_pt == 1 )                &
1235                   pt(:,j,i) = pt_init(:)
1236                IF( humidity  .AND.  init_3d%lod_q == 1 )  q(:,j,i) = q_init(:)
1237             ENDDO
1238          ENDDO
1239!
1240!--       Exchange ghost points in case of level-of-detail = 2
1241          IF( init_3d%lod_u == 2 )   CALL exchange_horiz( u, nbgp )
1242          IF( init_3d%lod_v == 2 )   CALL exchange_horiz( v, nbgp )
1243          IF( init_3d%lod_w == 2 )   CALL exchange_horiz( w, nbgp )
1244          IF( .NOT. neutral  .AND.  init_3d%lod_pt == 2 )                      &
1245             CALL exchange_horiz( pt, nbgp )
1246          IF( humidity  .AND.  init_3d%lod_q == 2 )                            &
1247             CALL exchange_horiz( q, nbgp )
1248!
1249!--       Set geostrophic wind components. 
1250          IF ( init_3d%from_file_ug )  THEN
1251             ug(:) = init_3d%ug_init(:)
1252          ENDIF
1253          IF ( init_3d%from_file_vg )  THEN
1254             vg(:) = init_3d%vg_init(:)
1255          ENDIF
1256!
1257!--       Set bottom and top boundary condition for geostrophic wind
1258          ug(nzt+1) = ug(nzt)
1259          vg(nzt+1) = vg(nzt)
1260          ug(nzb)   = ug(nzb+1)
1261          vg(nzb)   = vg(nzb+1)
1262!
1263!--       Set inital w to 0
1264          w = 0.0_wp
1265
1266          IF ( passive_scalar )  THEN
1267             DO  i = nxlg, nxrg
1268                DO  j = nysg, nyng
1269                   s(:,j,i) = s_init
1270                ENDDO
1271             ENDDO
1272          ENDIF
1273
1274!
1275!--       Set velocity components at non-atmospheric / oceanic grid points to
1276!--       zero.
1277          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1278          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1279          w = MERGE( w, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 3 ) )
1280!
1281!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1282!--       fluxes, etc.
1283          CALL init_surfaces
1284!
1285!--       Initialize turbulence generator
1286          IF( use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1287
1288          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1289!
1290!--    Initialization via computed 1D-model profiles
1291       ELSEIF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
1292
1293          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
1294!
1295!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
1296!--       start 1D model
1297          CALL init_1d_model
1298!
1299!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
1300          DO  i = nxlg, nxrg
1301             DO  j = nysg, nyng
1302                pt(:,j,i) = pt_init
1303                u(:,j,i)  = u1d
1304                v(:,j,i)  = v1d
1305             ENDDO
1306          ENDDO
1307
1308          IF ( humidity )  THEN
1309             DO  i = nxlg, nxrg
1310                DO  j = nysg, nyng
1311                   q(:,j,i) = q_init
1312                ENDDO
1313             ENDDO
1314          ENDIF
1315
1316          IF ( passive_scalar )  THEN
1317             DO  i = nxlg, nxrg
1318                DO  j = nysg, nyng
1319                   s(:,j,i) = s_init
1320                ENDDO
1321             ENDDO   
1322          ENDIF
1323!
1324!--          Store initial profiles for output purposes etc.
1325          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1326             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
1327          ENDIF
1328!
1329!--       Set velocities back to zero
1330          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1331          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )         
1332!
1333!--       WARNING: The extra boundary conditions set after running the
1334!--       -------  1D model impose an error on the divergence one layer
1335!--                below the topography; need to correct later
1336!--       ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
1337!--       ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
1338!--                  the topography.
1339          IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
1340!
1341!--          Neumann condition
1342             DO  i = nxl-1, nxr+1
1343                DO  j = nys-1, nyn+1
1344                   u(nzb,j,i) = u(nzb+1,j,i)
1345                   v(nzb,j,i) = v(nzb+1,j,i)
1346                ENDDO
1347             ENDDO
1348
1349          ENDIF
1350!
1351!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1352!--       fluxes, etc.
1353          CALL init_surfaces
1354
1355          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1356
1357       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
1358       THEN
1359
1360          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
1361!
1362!--       Overwrite initial profiles in case of synthetic turbulence generator
1363          IF( use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1364
1365!
1366!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
1367!--       temperature profile with constant gradient)
1368          DO  i = nxlg, nxrg
1369             DO  j = nysg, nyng
1370                pt(:,j,i) = pt_init
1371                u(:,j,i)  = u_init
1372                v(:,j,i)  = v_init
1373             ENDDO
1374          ENDDO
1375!
1376!--       Mask topography
1377          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1378          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1379!
1380!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
1381!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
1382!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
1383!--       in the limiting formula!).
1384!--       Please note, in case land- or urban-surface model is used and a
1385!--       spinup is applied, masking the lowest computational level is not
1386!--       possible as MOST as well as energy-balance parametrizations will not
1387!--       work with zero wind velocity.
1388          IF ( ibc_uv_b /= 1  .AND.  .NOT.  spinup )  THEN
1389             DO  i = nxlg, nxrg
1390                DO  j = nysg, nyng
1391                   DO  k = nzb, nzt
1392                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1393                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 20 ) )
1394                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1395                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 21 ) )
1396                   ENDDO
1397                ENDDO
1398             ENDDO
1399          ENDIF
1400
1401          IF ( humidity )  THEN
1402             DO  i = nxlg, nxrg
1403                DO  j = nysg, nyng
1404                   q(:,j,i) = q_init
1405                ENDDO
1406             ENDDO
1407          ENDIF
1408         
1409          IF ( passive_scalar )  THEN
1410             DO  i = nxlg, nxrg
1411                DO  j = nysg, nyng
1412                   s(:,j,i) = s_init
1413                ENDDO
1414             ENDDO
1415          ENDIF
1416
1417!
1418!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
1419!--       of a sloping surface
1420          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1421!
1422!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1423!--       fluxes, etc.
1424          CALL init_surfaces
1425
1426          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1427
1428       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
1429       THEN
1430
1431          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
1432!
1433!--       Pre-initialize surface variables, i.e. setting start- and end-indices
1434!--       at each (j,i)-location. Please note, this does not supersede
1435!--       user-defined initialization of surface quantities.
1436          CALL init_surfaces
1437!
1438!--       Initialization will completely be done by the user
1439          CALL user_init_3d_model
1440
1441          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1442
1443       ENDIF
1444
1445       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
1446                              .FALSE. )
1447
1448!
1449!--    Bottom boundary
1450       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
1451          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
1452          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
1453       ENDIF
1454
1455!
1456!--    Apply channel flow boundary condition
1457       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
1458          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1459          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1460       ENDIF
1461
1462!
1463!--    Calculate virtual potential temperature
1464       IF ( humidity )  vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
1465
1466!
1467!--    Store initial profiles for output purposes etc.. Please note, in case of
1468!--    initialization of u, v, w, pt, and q via output data derived from larger
1469!--    scale models, data will not be horizontally homogeneous. Actually, a mean
1470!--    profile should be calculated before.   
1471       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1472       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1473       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
1474          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1475          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
1476       ENDIF
1477       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1478
1479       IF ( humidity )  THEN
1480!
1481!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1482!--       temperature
1483          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1484          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1485!
1486!--       Store initial profile of mixing ratio and potential
1487!--       temperature
1488          IF ( bulk_cloud_model  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1489             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1490             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1491          ENDIF
1492       ENDIF
1493
1494!
1495!--    Store initial scalar profile
1496       IF ( passive_scalar )  THEN
1497          hom(:,1,121,:) = SPREAD(  s(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1498       ENDIF
1499
1500!
1501!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1502       CALL random_function_ini
1503       
1504       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
1505          CALL init_parallel_random_generator( nx, nys, nyn, nxl, nxr )
1506       ENDIF
1507!
1508!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1509!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1510       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1511          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1512             ref_state(:) = pt_reference
1513          ELSE
1514             ref_state(:) = vpt_reference
1515          ENDIF
1516       ELSE
1517          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1518             ref_state(:) = pt_init(:)
1519          ELSE
1520             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1521          ENDIF
1522       ENDIF
1523
1524!
1525!--    For the moment, vertical velocity is zero
1526       w = 0.0_wp
1527
1528!
1529!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1530       sums = 0.0_wp
1531
1532!
1533!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1534       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
1535!
1536!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1537       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1538          CALL init_rankine
1539       ENDIF
1540
1541!
1542!--    Impose temperature anomaly (advection test only) or warm air bubble
1543!--    close to surface
1544       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0  .OR.  &
1545            INDEX( initializing_actions, 'initialize_bubble' ) /= 0  )  THEN
1546          CALL init_pt_anomaly
1547       ENDIF
1548       
1549!
1550!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1551       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1552          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1553       ENDIF
1554
1555!
1556!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1557!--    run
1558       IF ( humidity  .AND.  q_surface_initial_change /= 0.0_wp )              &
1559          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1560         
1561       IF ( passive_scalar .AND.  s_surface_initial_change /= 0.0_wp )         &
1562          s(nzb,:,:) = s(nzb,:,:) + s_surface_initial_change
1563       
1564
1565!
1566!--    Initialize old and new time levels.
1567       tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1568       pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1569
1570       IF ( humidity  )  THEN
1571          tq_m = 0.0_wp
1572          q_p = q
1573       ENDIF
1574       
1575       IF ( passive_scalar )  THEN
1576          ts_m = 0.0_wp
1577          s_p  = s
1578       ENDIF       
1579
1580       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1581
1582    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1583             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                   &
1584    THEN
1585
1586       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1587                              .FALSE. )
1588!
1589!--    Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1590!--    momentumfluxes, roughness, scaling parameters. As number of surface
1591!--    elements might be different between runs, e.g. in case of cyclic fill,
1592!--    and not all surface elements are read, surface elements need to be
1593!--    initialized before.     
1594       CALL init_surfaces
1595!
1596!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1597!--    some of the global variables from the restart file which are required
1598!--    for initializing the inflow
1599       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1600
1601          DO  i = 0, io_blocks-1
1602             IF ( i == io_group )  THEN
1603                CALL rrd_read_parts_of_global
1604             ENDIF
1605#if defined( __parallel )
1606             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1607#endif
1608          ENDDO
1609
1610       ENDIF
1611
1612!
1613!--    Read processor specific binary data from restart file
1614       DO  i = 0, io_blocks-1
1615          IF ( i == io_group )  THEN
1616             CALL rrd_local
1617          ENDIF
1618#if defined( __parallel )
1619          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1620#endif
1621       ENDDO
1622
1623!
1624!--    In case of complex terrain and cyclic fill method as initialization,
1625!--    shift initial data in the vertical direction for each point in the
1626!--    x-y-plane depending on local surface height
1627       IF ( complex_terrain  .AND.                                             &
1628            TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1629          DO  i = nxlg, nxrg
1630             DO  j = nysg, nyng
1631                nz_u_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'u' )
1632                nz_v_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'v' )
1633                nz_w_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'w' )
1634                nz_s_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 's' )
1635
1636                u(nz_u_shift:nzt+1,j,i)  = u(0:nzt+1-nz_u_shift,j,i)               
1637
1638                v(nz_v_shift:nzt+1,j,i)  = v(0:nzt+1-nz_v_shift,j,i)
1639
1640                w(nz_w_shift:nzt+1,j,i)  = w(0:nzt+1-nz_w_shift,j,i)
1641
1642                p(nz_s_shift:nzt+1,j,i)  =  p(0:nzt+1-nz_s_shift,j,i)
1643                pt(nz_s_shift:nzt+1,j,i) = pt(0:nzt+1-nz_s_shift,j,i)
1644             ENDDO
1645          ENDDO
1646       ENDIF
1647
1648!
1649!--    Initialization of the turbulence recycling method
1650       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
1651            turbulent_inflow )  THEN
1652!
1653!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1654!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1655!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1656!--       for u,v-components can be used.
1657          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,1:num_mean_inflow_profiles) )
1658
1659          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1660             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1661             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1662          ELSE
1663             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1664             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1665          ENDIF
1666          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1667          IF ( humidity )                                                      &
1668             mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)   ! q
1669          IF ( passive_scalar )                                                &
1670             mean_inflow_profiles(:,7) = hom_sum(:,115,0)   ! s
1671!
1672!--       In case of complex terrain, determine vertical displacement at inflow
1673!--       boundary and adjust mean inflow profiles
1674          IF ( complex_terrain )  THEN
1675             IF ( nxlg <= 0 .AND. nxrg >= 0 .AND. nysg <= 0 .AND. nyng >= 0 )  THEN
1676                nz_u_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'u' )
1677                nz_v_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'v' )
1678                nz_w_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'w' )
1679                nz_s_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 's' )
1680             ELSE
1681                nz_u_shift_l = 0
1682                nz_v_shift_l = 0
1683                nz_w_shift_l = 0
1684                nz_s_shift_l = 0
1685             ENDIF
1686
1687#if defined( __parallel )
1688             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_u_shift_l, nz_u_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1689                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1690             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_v_shift_l, nz_v_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1691                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1692             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_w_shift_l, nz_w_shift, 1, MPI_INTEGER,      & 
1693                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1694             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_s_shift_l, nz_s_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1695                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1696#else
1697             nz_u_shift = nz_u_shift_l
1698             nz_v_shift = nz_v_shift_l
1699             nz_w_shift = nz_w_shift_l
1700             nz_s_shift = nz_s_shift_l
1701#endif
1702
1703             mean_inflow_profiles(:,1) = 0.0_wp
1704             mean_inflow_profiles(nz_u_shift:nzt+1,1) = hom_sum(0:nzt+1-nz_u_shift,1,0)  ! u
1705
1706             mean_inflow_profiles(:,2) = 0.0_wp
1707             mean_inflow_profiles(nz_v_shift:nzt+1,2) = hom_sum(0:nzt+1-nz_v_shift,2,0)  ! v
1708
1709             mean_inflow_profiles(nz_s_shift:nzt+1,4) = hom_sum(0:nzt+1-nz_s_shift,4,0)  ! pt
1710
1711          ENDIF
1712
1713!
1714!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1715!--       profiles
1716          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1717             DO  i = nxlg, nxrg
1718                DO  j = nysg, nyng
1719                   DO  k = nzb, nzt+1
1720                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1721                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1722                   ENDDO
1723                ENDDO
1724             ENDDO
1725          ENDIF
1726
1727!
1728!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1729!--       conditions are used)
1730          IF ( bc_dirichlet_l )  THEN
1731             DO  j = nysg, nyng
1732                DO  k = nzb, nzt+1
1733                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1734                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1735                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
1736                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1737                   IF ( humidity )                                             &
1738                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
1739                   IF ( passive_scalar )                                       &
1740                      s(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7)                     
1741                ENDDO
1742             ENDDO
1743          ENDIF
1744
1745!
1746!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1747!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1748!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1749!--       in time.
1750          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
1751!
1752!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1753!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1754!--          specified.
1755             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
1756                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1757             ELSE
1758                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1759                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
1760                     'calculated by the prerun is zero.'
1761                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1762             ENDIF
1763
1764          ENDIF
1765
1766          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
1767!
1768!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1769!--          layer
1770             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
1771
1772          ENDIF
1773
1774          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1775
1776          DO  k = nzb, nzt+1
1777
1778             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1779                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
1780             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1781                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
1782                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1783                                           inflow_damping_width
1784             ELSE
1785                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
1786             ENDIF
1787
1788          ENDDO
1789
1790       ENDIF
1791
1792!
1793!--    Inside buildings set velocities back to zero
1794       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
1795            topography /= 'flat' )  THEN
1796!
1797!--       Inside buildings set velocities back to zero.
1798!--       Other scalars (pt, q, s, p, sa, ...) are ignored at present,
1799!--       maybe revise later.
1800          DO  i = nxlg, nxrg
1801             DO  j = nysg, nyng
1802                DO  k = nzb, nzt
1803                   u(k,j,i)     = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1804                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1805                   v(k,j,i)     = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1806                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1807                   w(k,j,i)     = MERGE( w(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1808                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1809                ENDDO
1810             ENDDO
1811          ENDDO
1812
1813       ENDIF
1814
1815!
1816!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1817!--    of a sloping surface
1818       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1819
1820!
1821!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1822!--    including ghost points)
1823       pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1824       IF ( humidity )  THEN
1825          q_p = q
1826       ENDIF
1827       IF ( passive_scalar )  s_p  = s
1828!
1829!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1830!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1831!--    there before they are set.
1832       tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1833       IF ( humidity )  THEN
1834          tq_m = 0.0_wp
1835       ENDIF
1836       IF ( passive_scalar )  ts_m  = 0.0_wp
1837!
1838!--    Initialize synthetic turbulence generator in case of restart.
1839       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .AND.         &
1840            use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1841
1842       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1843
1844    ELSE
1845!
1846!--    Actually this part of the programm should not be reached
1847       message_string = 'unknown initializing problem'
1848       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1849    ENDIF
1850
1851!
1852!-- Initialize TKE, Kh and Km
1853    CALL tcm_init
1854
1855
1856    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1857!
1858!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1859       IF ( bc_radiation_l )  THEN
1860          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1861          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1862          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1863       ENDIF
1864       IF ( bc_radiation_r )  THEN
1865          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1866          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1867          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1868       ENDIF
1869       IF ( bc_radiation_s )  THEN
1870          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1871          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1872          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1873       ENDIF
1874       IF ( bc_radiation_n )  THEN
1875          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1876          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1877          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1878       ENDIF
1879       
1880    ENDIF
1881
1882!
1883!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1884    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1885
1886       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1887
1888          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1889          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1890
1891          IF ( nxr == nx )  THEN
1892             DO  j = nys, nyn
1893                DO  k = nzb+1, nzt
1894                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1895                                              u_init(k) * dzw(k)               &
1896                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1897                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1898                                            )
1899
1900                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1901                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1902                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1903                                            )
1904                ENDDO
1905             ENDDO
1906          ENDIF
1907         
1908          IF ( nyn == ny )  THEN
1909             DO  i = nxl, nxr
1910                DO  k = nzb+1, nzt
1911                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1912                                              v_init(k) * dzw(k)               &       
1913                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1914                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1915                                            )
1916                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1917                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1918                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1919                                            )
1920                ENDDO
1921             ENDDO
1922          ENDIF
1923
1924#if defined( __parallel )
1925          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1926                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1927          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1928                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1929
1930#else
1931          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1932          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1933#endif 
1934
1935       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1936
1937          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1938          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1939
1940          IF ( nxr == nx )  THEN
1941             DO  j = nys, nyn
1942                DO  k = nzb+1, nzt
1943                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1944                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)          &
1945                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1946                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1947                                            )
1948                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1949                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1950                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1951                                            )
1952                ENDDO
1953             ENDDO
1954          ENDIF
1955         
1956          IF ( nyn == ny )  THEN
1957             DO  i = nxl, nxr
1958                DO  k = nzb+1, nzt
1959                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1960                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)          &       
1961                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1962                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1963                                            )
1964                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1965                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1966                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1967                                            )
1968                ENDDO
1969             ENDDO
1970          ENDIF
1971
1972#if defined( __parallel )
1973          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1974                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1975          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1976                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1977
1978#else
1979          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1980          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1981#endif 
1982
1983       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1984
1985          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1986          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1987
1988          IF ( nxr == nx )  THEN
1989             DO  j = nys, nyn
1990                DO  k = nzb+1, nzt
1991                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1992                                              u(k,j,nx) * dzw(k)               &
1993                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1994                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1995                                            )
1996                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1997                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1998                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1999                                            )
2000                ENDDO
2001             ENDDO
2002          ENDIF
2003         
2004          IF ( nyn == ny )  THEN
2005             DO  i = nxl, nxr
2006                DO  k = nzb+1, nzt
2007                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
2008                                              v(k,ny,i) * dzw(k)               &       
2009                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2010                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2011                                            )
2012                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
2013                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2014                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2015                                            )
2016                ENDDO
2017             ENDDO
2018          ENDIF
2019
2020#if defined( __parallel )
2021          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
2022                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2023          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
2024                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2025
2026#else
2027          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
2028          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
2029#endif 
2030
2031       ENDIF
2032
2033!
2034!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
2035!--    from u|v_bulk instead
2036       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
2037          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
2038          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
2039       ENDIF
2040
2041    ENDIF
2042!
2043!-- Finally, if random_heatflux is set, disturb shf at horizontal
2044!-- surfaces. Actually, this should be done in surface_mod, where all other
2045!-- initializations of surface quantities are done. However, this
2046!-- would create a ring dependency, hence, it is done here. Maybe delete
2047!-- disturb_heatflux and tranfer the respective code directly into the
2048!-- initialization in surface_mod.         
2049    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
2050         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
2051 
2052       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux  .AND.                &
2053            random_heatflux )  THEN
2054          IF ( surf_def_h(0)%ns >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_def_h(0) )
2055          IF ( surf_lsm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_lsm_h    )
2056          IF ( surf_usm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_usm_h    )
2057       ENDIF
2058    ENDIF
2059
2060!
2061!-- Before initializing further modules, compute total sum of active mask
2062!-- grid points and the mean surface level height for each statistic region.
2063!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
2064!--          total domain
2065!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
2066    ngp_2dh_outer_l   = 0
2067    ngp_2dh_outer     = 0
2068    ngp_2dh_s_inner_l = 0
2069    ngp_2dh_s_inner   = 0
2070    ngp_2dh_l         = 0
2071    ngp_2dh           = 0
2072    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
2073    ngp_3d_inner      = 0
2074    ngp_3d            = 0
2075    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
2076
2077    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
2078    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
2079!
2080!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
2081!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
2082!-- would bias the statistics
2083    rmask = 1.0_wp
2084    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
2085    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
2086
2087!
2088!-- Temporary solution to add LSM and radiation time series to the default
2089!-- output
2090    IF ( land_surface  .OR.  radiation )  THEN
2091       IF ( TRIM( radiation_scheme ) == 'rrtmg' )  THEN
2092          dots_num = dots_num + 15
2093       ELSE
2094          dots_num = dots_num + 11
2095       ENDIF
2096    ENDIF
2097!
2098!-- User-defined initializing actions
2099    CALL user_init
2100!
2101!-- To do: New concept for these non-topography grid points!
2102    DO  sr = 0, statistic_regions
2103       DO  i = nxl, nxr
2104          DO  j = nys, nyn
2105             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
2106!
2107!--             All xy-grid points
2108                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
2109!
2110!--             Determine mean surface-level height. In case of downward-
2111!--             facing walls are present, more than one surface level exist.
2112!--             In this case, use the lowest surface-level height.
2113                IF ( surf_def_h(0)%start_index(j,i) <=                         &
2114                     surf_def_h(0)%end_index(j,i) )  THEN
2115                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
2116                   k = surf_def_h(0)%k(m)
2117                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2118                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2119                ENDIF
2120                IF ( surf_lsm_h%start_index(j,i) <=                            &
2121                     surf_lsm_h%end_index(j,i) )  THEN
2122                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
2123                   k = surf_lsm_h%k(m)
2124                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2125                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2126                ENDIF
2127                IF ( surf_usm_h%start_index(j,i) <=                            &
2128                     surf_usm_h%end_index(j,i) )  THEN
2129                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
2130                   k = surf_usm_h%k(m)
2131                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2132                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2133                ENDIF
2134
2135                k_surf = k - 1
2136
2137                DO  k = nzb, nzt+1
2138!
2139!--                xy-grid points above topography
2140                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr)     +         &
2141                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 24 ) )
2142
2143                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) +         &
2144                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 22 ) )
2145
2146                ENDDO
2147!
2148!--             All grid points of the total domain above topography
2149                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + ( nz - k_surf + 2 )
2150
2151
2152
2153             ENDIF
2154          ENDDO
2155       ENDDO
2156    ENDDO
2157!
2158!-- Initialize arrays encompassing number of grid-points in inner and outer
2159!-- domains, statistic regions, etc. Mainly used for horizontal averaging
2160!-- of turbulence statistics. Please note, user_init must be called before
2161!-- doing this.   
2162    sr = statistic_regions + 1
2163#if defined( __parallel )
2164    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2165    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
2166                        comm2d, ierr )
2167    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2168    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
2169                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2170    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2171    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
2172                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2173    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2174    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
2175                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2176    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2177    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2178    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
2179                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
2180                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2181    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
2182#else
2183    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
2184    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
2185    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
2186    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2187    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
2188#endif
2189
2190    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
2191             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2192
2193!
2194!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
2195!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
2196!-- the respective subdomain lie below the surface topography
2197    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
2198    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
2199                           ngp_3d_inner(:) )
2200    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
2201
2202    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
2203                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
2204
2205!
2206!-- Initialize nudging if required
2207    IF ( nudging )  CALL nudge_init
2208!
2209!-- Initialize 1D large-scale forcing and nudging and read data from external
2210!-- ASCII file
2211    IF ( large_scale_forcing )  CALL lsf_init
2212!
2213!-- Initialize surface forcing corresponding to large-scale forcing. Therein,
2214!-- initialize heat-fluxes, etc. via datatype. Revise it later!
2215    IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
2216       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux )  THEN
2217          CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
2218       ENDIF
2219    ENDIF
2220!
2221!-- Initializae 3D offline nesting in COSMO model and read data from
2222!-- external NetCDF file.
2223    IF ( nesting_offline )  CALL nesting_offl_init
2224!
2225!-- Initialize quantities for special advections schemes
2226    CALL init_advec
2227
2228!
2229!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
2230!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
2231    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
2232         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
2233         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
2234
2235       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
2236       CALL disturb_field( 'u', tend, u )
2237       CALL disturb_field( 'v', tend, v )
2238       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2239
2240       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
2241       n_sor = nsor_ini
2242       CALL pres
2243       n_sor = nsor
2244       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2245
2246    ENDIF
2247
2248!
2249!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
2250    IF ( plant_canopy )  THEN
2251       CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )   
2252       CALL pcm_init
2253       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2254    ENDIF
2255
2256!
2257!-- If required, initialize dvrp-software
2258    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
2259
2260!
2261!-- Initialize quantities needed for the ocean model
2262    IF ( ocean_mode )  CALL ocean_init
2263
2264!
2265!-- Initialize quantities for handling cloud physics.
2266!-- This routine must be called before lpm_init, becaus otherwise,
2267!-- array d_exner, needed in data_output_dvrp (called by lpm_init) is not defined.
2268    IF ( .NOT. ocean_mode )  THEN
2269
2270       ALLOCATE( hyp(nzb:nzt+1) )
2271       ALLOCATE( d_exner(nzb:nzt+1) )
2272       ALLOCATE( exner(nzb:nzt+1) )
2273       ALLOCATE( hyrho(nzb:nzt+1) )
2274!
2275!--    Check temperature in case of too large domain height
2276       DO  k = nzb, nzt+1
2277          IF ( ( pt_surface * exner_function(surface_pressure * 100.0_wp) - g/c_p * zu(k) ) < 0.0_wp )  THEN
2278             WRITE( message_string, * )  'absolute temperature < 0.0 at zu(', k, &
2279                                         ') = ', zu(k)
2280             CALL message( 'init_bulk_cloud_model', 'PA0142', 1, 2, 0, 6, 0 )
2281          ENDIF
2282       ENDDO
2283
2284!
2285!--    Calculate vertical profile of the hydrostatic pressure (hyp)
2286       hyp    = barometric_formula(zu, pt_surface * exner_function(surface_pressure * 100.0_wp), surface_pressure * 100.0_wp)
2287       d_exner = exner_function_invers(hyp)
2288       exner = 1.0_wp / exner_function_invers(hyp)
2289       hyrho  = ideal_gas_law_rho_pt(hyp, pt_init)
2290!
2291!--    Compute reference density
2292       rho_surface = ideal_gas_law_rho(surface_pressure * 100.0_wp, pt_surface * exner_function(surface_pressure * 100.0_wp))
2293
2294    ENDIF
2295!
2296!-- If required, initialize quantities needed for the microphysics module
2297    IF ( bulk_cloud_model )  THEN
2298       CALL bcm_init
2299    ENDIF
2300
2301!
2302!-- If required, initialize particles
2303    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
2304
2305!
2306!-- If required, initialize particles
2307    IF ( agents_active )  CALL mas_init
2308
2309!
2310!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
2311    IF ( land_surface )  THEN
2312       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
2313       CALL lsm_init
2314       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2315    ENDIF
2316
2317!
2318!-- If required, allocate USM and LSM surfaces
2319    IF ( urban_surface )  THEN
2320       CALL location_message( 'initializing and allocating urban surfaces', .FALSE. )
2321       CALL usm_allocate_surface
2322       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2323    ENDIF
2324!
2325!-- If required, initialize urban surface model
2326    IF ( urban_surface )  THEN
2327       CALL location_message( 'initializing urban surface model', .FALSE. )
2328       CALL usm_init_urban_surface
2329       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2330    ENDIF
2331
2332!
2333!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
2334!-- for initialization
2335    IF ( constant_flux_layer )  THEN
2336       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
2337       CALL init_surface_layer_fluxes
2338       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2339    ENDIF
2340!
2341!-- In case the synthetic turbulence generator does not have any information
2342!-- about the inflow turbulence, these information will be parametrized
2343!-- depending on the initial atmospheric conditions and surface properties.
2344!-- Please note, within pre-determined time intervals these turbulence
2345!-- information can be updated if desired.
2346    IF ( use_syn_turb_gen  .AND.  parametrize_inflow_turbulence )              &
2347       CALL stg_adjust
2348!
2349!-- If required, set chemical emissions
2350!-- Initialize values of cssws according to chemistry emission values
2351    IF ( air_chemistry  .AND.  do_emis )  THEN
2352       CALL chem_emissions_init( chem_emis_att, chem_emis, nspec_out )
2353    ENDIF
2354!
2355!-- Initialize radiation processes
2356    IF ( radiation )  THEN
2357!
2358!--    Activate radiation_interactions according to the existence of vertical surfaces and/or trees.
2359!--    The namelist parameter radiation_interactions_on can override this behavior.
2360!--    (This check cannot be performed in check_parameters, because vertical_surfaces_exist is first set in
2361!--    init_surface_arrays.)
2362       IF ( radiation_interactions_on )  THEN
2363          IF ( vertical_surfaces_exist  .OR.  plant_canopy )  THEN
2364             radiation_interactions    = .TRUE.
2365             average_radiation         = .TRUE.
2366          ELSE
2367             radiation_interactions_on = .FALSE.   !< reset namelist parameter: no interactions
2368                                                   !< calculations necessary in case of flat surface
2369          ENDIF
2370       ELSEIF ( vertical_surfaces_exist  .OR.  plant_canopy )  THEN
2371          message_string = 'radiation_interactions_on is set to .FALSE. although '     // &
2372                           'vertical surfaces and/or trees exist. The model will run ' // &
2373                           'without RTM (no shadows, no radiation reflections)'
2374          CALL message( 'init_3d_model', 'PA0348', 0, 1, 0, 6, 0 )
2375       ENDIF
2376!
2377!--    If required, initialize radiation interactions between surfaces
2378!--    via sky-view factors. This must be done before radiation is initialized.
2379       IF ( radiation_interactions )  CALL radiation_interaction_init
2380
2381!
2382!--    Initialize radiation model
2383       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
2384       CALL radiation_init
2385       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2386
2387!
2388!--    Find all discretized apparent solar positions for radiation interaction.
2389!--    This must be done after radiation_init.
2390       IF ( radiation_interactions )  CALL radiation_presimulate_solar_pos
2391
2392!
2393!--    If required, read or calculate and write out the SVF
2394       IF ( radiation_interactions .AND. read_svf)  THEN
2395!
2396!--       Read sky-view factors and further required data from file
2397          CALL location_message( '    Start reading SVF from file', .FALSE. )
2398          CALL radiation_read_svf()
2399          CALL location_message( '    Reading SVF from file has finished', .TRUE. )
2400
2401       ELSEIF ( radiation_interactions .AND. .NOT. read_svf)  THEN
2402!
2403!--       calculate SFV and CSF
2404          CALL location_message( '    Start calculation of SVF', .FALSE. )
2405          CALL radiation_calc_svf()
2406          CALL location_message( '    Calculation of SVF has finished', .TRUE. )
2407       ENDIF
2408
2409       IF ( radiation_interactions .AND. write_svf)  THEN
2410!
2411!--       Write svf, csf svfsurf and csfsurf data to file
2412          CALL location_message( '    Start writing SVF in file', .FALSE. )
2413          CALL radiation_write_svf()
2414          CALL location_message( '    Writing SVF in file has finished', .TRUE. )
2415       ENDIF
2416
2417!
2418!--    Adjust radiative fluxes. In case of urban and land surfaces, also
2419!--    call an initial interaction.
2420       IF ( radiation_interactions )  THEN
2421          CALL radiation_interaction
2422       ENDIF
2423    ENDIF
2424 
2425!
2426!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
2427    IF ( wind_turbine )  THEN
2428       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
2429       CALL wtm_init
2430       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2431    ENDIF
2432
2433!
2434!-- If required, initialize quantities needed in SALSA
2435    IF ( salsa )  THEN
2436       CALL location_message( 'initializing SALSA model', .TRUE. )
2437       CALL salsa_init 
2438       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2439    ENDIF
2440
2441!
2442!-- If required, initialize quantities needed for the gust module
2443    IF ( gust_module_enabled )  THEN
2444       CALL gust_init( dots_label, dots_unit, dots_num, dots_max )
2445    ENDIF
2446!
2447!-- Initialize surface data output
2448    IF ( surface_data_output )  THEN
2449       CALL surface_output_init
2450    ENDIF
2451!
2452!-- If virtual measurements should be taken, initialize all relevant
2453!-- arrays and quantities.
2454    IF ( virtual_measurement )  CALL vm_init
2455
2456!
2457!-- If required initialize biometeorology module
2458    IF ( biometeorology )  THEN
2459        CALL location_message( 'initializing biometeorology module', .FALSE. )
2460        CALL biom_init
2461        CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2462    ENDIF
2463
2464!
2465!-- If required, initialize indoor model
2466    IF ( indoor_model )  THEN
2467       CALL location_message( 'initializing indoor model', .FALSE. )
2468       CALL im_init
2469       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2470    ENDIF
2471
2472!
2473!-- Initialize the ws-scheme.   
2474    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init
2475
2476!
2477!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
2478!-- and turbulent quantities from the RK substeps
2479    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
2480
2481       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
2482       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
2483       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
2484
2485       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
2486       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
2487       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
2488
2489    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
2490
2491       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
2492       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
2493         
2494       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
2495       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
2496
2497    ELSE                                     ! for Euler-method
2498
2499       weight_substep(1) = 1.0_wp     
2500       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
2501
2502    ENDIF
2503
2504!
2505!-- Initialize Rayleigh damping factors
2506    rdf    = 0.0_wp
2507    rdf_sc = 0.0_wp
2508    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
2509
2510       IF (  .NOT.  ocean_mode )  THEN
2511          DO  k = nzb+1, nzt
2512             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
2513                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2514                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
2515                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
2516                      )**2
2517             ENDIF
2518          ENDDO
2519       ELSE
2520!
2521!--       In ocean mode, rayleigh damping is applied in the lower part of the
2522!--       model domain
2523          DO  k = nzt, nzb+1, -1
2524             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
2525                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2526                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
2527                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
2528                      )**2
2529             ENDIF
2530          ENDDO
2531       ENDIF
2532
2533    ENDIF
2534    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
2535
2536!
2537!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
2538!-- the external pressure gradient
2539    dp_smooth_factor = 1.0_wp
2540    IF ( dp_external )  THEN
2541!
2542!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
2543!--    (e.g. in init_grid).
2544       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
2545          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
2546          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
2547                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
2548       ENDIF
2549       IF ( dp_smooth )  THEN
2550          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
2551          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
2552             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
2553                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
2554                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
2555          ENDDO
2556       ENDIF
2557    ENDIF
2558
2559!
2560!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
2561!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
2562!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
2563    ptdf_x = 0.0_wp
2564    ptdf_y = 0.0_wp
2565    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
2566       DO  i = nxl, nxr
2567          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
2568             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
2569                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
2570                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
2571          ENDIF
2572       ENDDO
2573    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
2574       DO  i = nxl, nxr
2575          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
2576             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
2577                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2578                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
2579                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2580          ENDIF
2581       ENDDO 
2582    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
2583       DO  j = nys, nyn
2584          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
2585             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2586                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2587                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
2588                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2589          ENDIF
2590       ENDDO 
2591    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
2592       DO  j = nys, nyn
2593          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
2594             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2595                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2596                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
2597                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2598          ENDIF
2599       ENDDO
2600    ENDIF
2601!
2602!-- Check if maximum number of allowed timeseries is exceeded
2603    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
2604       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
2605                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
2606                                  '&Please increase dots_max in modules.f90.'
2607       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
2608    ENDIF
2609
2610!
2611!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
2612!-- after call of user_init!
2613    CALL close_file( 13 )
2614!
2615!-- In case of nesting, put an barrier to assure that all parent and child
2616!-- domains finished initialization.
2617#if defined( __parallel )
2618    IF ( nested_run )  CALL MPI_BARRIER( MPI_COMM_WORLD, ierr )
2619#endif
2620
2621
2622    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
2623
2624 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.