source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1320

Last change on this file since 1320 was 1320, checked in by raasch, 10 years ago

ONLY-attribute added to USE-statements,
kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
kinds are defined in new module kinds,
old module precision_kind is removed,
revision history before 2012 removed,
comment fields (!:) to be used for variable explanations added to all variable declaration statements

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 63.0 KB
RevLine 
[1]1 SUBROUTINE init_3d_model
2
[1036]3!--------------------------------------------------------------------------------!
4! This file is part of PALM.
5!
6! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
7! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
8! either version 3 of the License, or (at your option) any later 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!
[1310]17! Copyright 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
[1036]18!--------------------------------------------------------------------------------!
19!
[254]20! Current revisions:
[732]21! ------------------
[1320]22! ONLY-attribute added to USE-statements,
23! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
24! kinds are defined in new module kinds,
25! old module precision_kind is removed,
26! revision history before 2012 removed,
27! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
28! all variable declaration statements
[1054]29!
[1320]30! module interfaces removed
[1319]31!
[1054]32! Former revisions:
33! -----------------
34! $Id: init_3d_model.f90 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch $
35!
[1317]36! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
37! Bugfix: allocation of w_subs
38!
[1300]39! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
40! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
41! with large scale forcing data (LSF_DATA)
42!
[1242]43! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
44! Overwrite initial profiles in case of nudging
45! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
46!
[1222]47! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
48! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
49! copy
50!
[1213]51! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
52! array tri is allocated and included in data copy statement
53!
[1196]54! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
55! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
56!
[1182]57! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
58! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
59!
[1172]60! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
61! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
62!
[1160]63! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
64! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
65!
[1154]66! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
67! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
[1171]68! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
[1154]69!
[1116]70! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
71! unused variables removed
72!
[1114]73! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
74! openACC directive modified
75!
[1112]76! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
77! openACC directives added for pres
78! array diss allocated only if required
79!
[1093]80! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
81! unused variables removed
82!
[1066]83! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
84! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
85!
[1054]86! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]87! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
88! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
89! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
90! +tend_*, prr
[979]91!
[1037]92! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
93! code put under GPL (PALM 3.9)
94!
[1033]95! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
96! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
97!
[1026]98! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
99! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
100!
[1017]101! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
102! mask is set to zero for ghost boundaries
103!
[1011]104! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
105! cpp switch __nopointer added for pointer free version
106!
[1004]107! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
108! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
109!
[1002]110! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
111! all actions concerning leapfrog scheme removed
112!
[997]113! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
114! little reformatting
115!
[979]116! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]117! outflow damping layer removed
118! roughness length for scalar quantites z0h added
119! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
120! boundaries added
121! initialization of ptdf_x, ptdf_y
122! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
[708]123!
[850]124! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
125! init_particles renamed lpm_init
126!
[826]127! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
128! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
129!
[1]130! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
131! Initial revision
132!
133!
134! Description:
135! ------------
136! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
137! a) pre-run the 1D model
138! or
139! b) pre-set constant linear profiles
140! or
141! c) read values of a previous run
142!------------------------------------------------------------------------------!
143
[667]144    USE advec_ws
[1320]145
[1]146    USE arrays_3d
[1320]147   
148    USE cloud_parameters,                                                      &
149        ONLY:  nc_const, precipitation_amount, precipitation_rate, prr
150   
151    USE constants,                                                             &
152        ONLY:  pi
153   
[1]154    USE control_parameters
[1320]155   
156    USE grid_variables,                                                        &
157        ONLY:  dx, dy
158   
[1]159    USE indices
[1320]160   
161    USE kinds
162   
[1241]163    USE ls_forcing_mod
[1320]164   
165    USE model_1d,                                                              &
166        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d 
167   
[51]168    USE netcdf_control
[1320]169   
170    USE particle_attributes,                                                   &
171        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
172   
[1]173    USE pegrid
[1320]174   
175    USE random_function_mod 
176   
177    USE statistics,                                                            &
178        ONLY:  hom, hom_sum, pr_palm, rmask, spectrum_x, spectrum_y,           &
179               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
180               sums_l_l, sums_up_fraction_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,         &
181               weight_pres, weight_substep 
182   
183    USE transpose_indices 
[1]184
185    IMPLICIT NONE
186
[1320]187    INTEGER(iwp) ::  i             !:
188    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !:
189    INTEGER(iwp) ::  j             !:
190    INTEGER(iwp) ::  k             !:
191    INTEGER(iwp) ::  sr            !:
[1]192
[1320]193    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !:
[1]194
[1320]195    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !:
196    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !:
[1]197
[1320]198    REAL(wp), DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l     !:
199    REAL(wp), DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_initial_l  !:
[1]200
[1320]201    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !:
202    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !:
[1]203
[485]204
[1]205!
206!-- Allocate arrays
207    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
208              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
209              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
210              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
[485]211              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                        &
[1]212              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
213              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
[1195]214    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
[143]215    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
[1]216              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
[132]217              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
218              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
[996]219              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),               &
[87]220              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
221              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
[1]222              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
223              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
[48]224              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
[394]225              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
[978]226    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
[1]227
[1001]228    ALLOCATE( rif(nysg:nyng,nxlg:nxrg), shf(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
229              ts(nysg:nyng,nxlg:nxrg), tswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
230              us(nysg:nyng,nxlg:nxrg), usws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
231              uswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), vsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
232              vswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
[978]233              z0h(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]234
[1010]235    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),         &
236              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
237              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
238              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
239              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
240
241#if defined( __nopointer )
242    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
243              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
244              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
245              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
246              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
247              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
248              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
249              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
250              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
251              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
252              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
253              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
254              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
255              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
256              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
257#else
258    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
259              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
260              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
261              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
262              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
263              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
264              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
265              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
266              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
267              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
268              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
269              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
270              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
[667]271              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1032]272    IF ( .NOT. neutral )  THEN
273       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
274    ENDIF
[1010]275#endif
276
[673]277!
[707]278!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
279!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
280!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
281!-- solver.
282    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
283       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
284    ELSEIF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
285!
286!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
287       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
[673]288    ENDIF
[1]289
[1111]290!
291!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
292    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
[1212]293       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
[1111]294       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
295    ENDIF
296
[75]297    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
[1]298!
[75]299!--    2D-humidity/scalar arrays
[1001]300       ALLOCATE ( qs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
301                  qsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
302                  qswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]303
304!
[75]305!--    3D-humidity/scalar arrays
[1010]306#if defined( __nopointer )
307       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
308                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
309                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
310#else
[667]311       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
312                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
313                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]314#endif
[1]315
316!
[75]317!--    3D-arrays needed for humidity only
318       IF ( humidity )  THEN
[1010]319#if defined( __nopointer )
320          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
321#else
[667]322          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]323#endif
[1]324
325          IF ( cloud_physics ) THEN
[1053]326
[1]327!
328!--          Liquid water content
[1010]329#if defined( __nopointer )
330             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
331#else
[667]332             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]333#endif
[72]334!
335!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
[667]336             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
337                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]338
339             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
340!
[1115]341!--             1D-arrays
342                ALLOCATE ( nc_1d(nzb:nzt+1), pt_1d(nzb:nzt+1), &
343                           q_1d(nzb:nzt+1), qc_1d(nzb:nzt+1) ) 
[1053]344!
[1115]345!--             3D-cloud water content
[1053]346#if defined( __nopointer )
[1115]347                ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]348#else
[1115]349                ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]350#endif
351!
352!--             3D-tendency arrays
[1115]353                ALLOCATE( tend_pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
354                          tend_q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
355
356                IF ( precipitation )  THEN
[1053]357!
[1115]358!--                1D-arrays
359                   ALLOCATE ( nr_1d(nzb:nzt+1), qr_1d(nzb:nzt+1) ) 
360!
361!
362!--                3D-tendency arrays
363                   ALLOCATE( tend_nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
364                             tend_qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
365!
366!--                2D-rain water content and rain drop concentration arrays
367                   ALLOCATE ( qrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
368                              qrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
369                              qrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
370                              nrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
371                              nrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
372                              nrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
373!
374!--                3D-rain water content, rain drop concentration arrays
375#if defined( __nopointer )
376                   ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
377                             nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
378                             qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
379                             qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
380                             tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),      &
381                             tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
382#else
383                   ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
384                             nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
385                             nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
386                             qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
387                             qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
388                             qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
389#endif
390!
391!--                3d-precipitation rate
[1053]392                   ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
393                ENDIF
394
395             ENDIF
[1]396          ENDIF
397
398          IF ( cloud_droplets )  THEN
399!
[1010]400!--          Liquid water content, change in liquid water content
401#if defined( __nopointer )
402             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
403                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
404#else
[667]405             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
[1010]406                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
407#endif
408!
409!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
410             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
[667]411                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]412          ENDIF
413
414       ENDIF
415
416    ENDIF
417
[94]418    IF ( ocean )  THEN
[1001]419       ALLOCATE( saswsb(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
420                 saswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]421#if defined( __nopointer )
422       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
423                 rho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
424                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
425                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
426                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
427#else
[667]428       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
429                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
430                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
431                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
432                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[388]433       prho => prho_1
434       rho  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
435                      ! density to be apointer
[1010]436#endif
[108]437       IF ( humidity_remote )  THEN
[667]438          ALLOCATE( qswst_remote(nysg:nyng,nxlg:nxrg))
[108]439          qswst_remote = 0.0
440       ENDIF
[94]441    ENDIF
442
[1]443!
444!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
445!-- particle velocities
[1171]446    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  &
447         num_acc_per_node > 0 )  THEN
[1153]448       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]449    ENDIF
450
451    IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
452       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
453                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
[146]454       spectrum_x = 0.0
455       spectrum_y = 0.0
[1]456    ENDIF
457
458!
[1299]459!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
[1316]460    ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
461    w_subs = 0.0
[1299]462
[1316]463
[1299]464!
[138]465!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
466    IF ( plant_canopy ) THEN
[667]467       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
468                  lad_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
469                  lad_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
470                  lad_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
471                  cdc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[153]472
473       IF ( passive_scalar ) THEN
[996]474          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
[667]475                     sec(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ) 
[153]476       ENDIF
477
478       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
[996]479          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
[667]480                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[153]481       ENDIF
482
[138]483    ENDIF
484
485!
[51]486!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
487    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[667]488       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg,1:4) )
[51]489       rif_wall = 0.0
490    ENDIF
491
492!
[106]493!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
494!-- are needed for radiation boundary conditions
[73]495    IF ( outflow_l )  THEN
[667]496       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2), &
497                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1), &
498                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
[73]499    ENDIF
500    IF ( outflow_r )  THEN
[667]501       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
502                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
503                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
[73]504    ENDIF
[106]505    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
[667]506       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng), &
507                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
[106]508    ENDIF
[73]509    IF ( outflow_s )  THEN
[667]510       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg), &
511                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg), &
512                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
[73]513    ENDIF
514    IF ( outflow_n )  THEN
[667]515       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
516                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
517                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
[73]518    ENDIF
[106]519    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[667]520       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), &
521                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
[106]522    ENDIF
[996]523    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[978]524       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
525       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
526    ENDIF
[73]527
[978]528
[1010]529#if ! defined( __nopointer )
[73]530!
[1]531!-- Initial assignment of the pointers
[1001]532    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
[1032]533    IF ( .NOT. neutral )  THEN
534       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
535    ELSE
536       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
537    ENDIF
[1001]538    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
539    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
540    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
[1]541
[1001]542    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
543       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
[1053]544       IF ( humidity )  THEN
545          vpt  => vpt_1   
546          IF ( cloud_physics )  THEN
547             ql => ql_1
548             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
[1115]549                qc => qc_1
550                IF ( precipitation )  THEN
551                   qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
552                   nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
553                ENDIF
[1053]554             ENDIF
555          ENDIF
556       ENDIF
[1001]557       IF ( cloud_droplets )  THEN
558          ql   => ql_1
559          ql_c => ql_2
[1]560       ENDIF
[1001]561    ENDIF
[1]562
[1001]563    IF ( ocean )  THEN
564       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
565    ENDIF
[1010]566#endif
[1]567
568!
[709]569!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
570!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
571!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
572!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
573!-- will be set.
574    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max), &
[673]575              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
[709]576    weight_substep = 1.0
577    weight_pres    = 1.0
578    intermediate_timestep_count = 1  ! needed when simulated_time = 0.0
[673]579       
580!
[1]581!-- Initialize model variables
[147]582    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
[328]583         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
[1]584!
585!--    First model run of a possible job queue.
586!--    Initial profiles of the variables must be computes.
587       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
588!
589!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
590!--       start 1D model
591          CALL init_1d_model
592!
593!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
[667]594          DO  i = nxlg, nxrg
595             DO  j = nysg, nyng
[1]596                e(:,j,i)  = e1d
597                kh(:,j,i) = kh1d
598                km(:,j,i) = km1d
599                pt(:,j,i) = pt_init
600                u(:,j,i)  = u1d
601                v(:,j,i)  = v1d
602             ENDDO
603          ENDDO
604
[75]605          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[667]606             DO  i = nxlg, nxrg
607                DO  j = nysg, nyng
[1]608                   q(:,j,i) = q_init
609                ENDDO
610             ENDDO
[1115]611             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
612                  precipitation )  THEN
[1053]613                DO  i = nxlg, nxrg
614                   DO  j = nysg, nyng
[1115]615                      qr(:,j,i) = 0.0
616                      nr(:,j,i) = 0.0
[1053]617                   ENDDO
618                ENDDO
[1115]619!
620!--             Initialze nc_1d with default value
621                nc_1d(:) = nc_const
622
[1053]623             ENDIF
[1]624          ENDIF
625
626          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
[667]627             DO  i = nxlg, nxrg
628                DO  j = nysg, nyng
[1]629                   e(:,j,i)  = e1d
630                ENDDO
631             ENDDO
632!
633!--          Store initial profiles for output purposes etc.
634             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
635
636             IF ( prandtl_layer )  THEN
637                rif  = rif1d(nzb+1)
638                ts   = 0.0  ! could actually be computed more accurately in the
639                            ! 1D model. Update when opportunity arises.
640                us   = us1d
641                usws = usws1d
642                vsws = vsws1d
643             ELSE
644                ts   = 0.0  ! must be set, because used in
645                rif  = 0.0  ! flowste
646                us   = 0.0
647                usws = 0.0
648                vsws = 0.0
649             ENDIF
650
651          ELSE
652             e    = 0.0  ! must be set, because used in
653             rif  = 0.0  ! flowste
654             ts   = 0.0
655             us   = 0.0
656             usws = 0.0
657             vsws = 0.0
658          ENDIF
[102]659          uswst = top_momentumflux_u
660          vswst = top_momentumflux_v
[1]661
662!
663!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
664!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
665!--       Update when opportunity arises!
[1053]666          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
667             qs = 0.0
[1115]668             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
669                  precipitation )  THEN
[1053]670                qrs = 0.0
671                nrs = 0.0
672             ENDIF
673          ENDIF
[1]674
675!
676!--       inside buildings set velocities back to zero
677          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
678             DO  i = nxl-1, nxr+1
679                DO  j = nys-1, nyn+1
680                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0
681                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0
682                ENDDO
683             ENDDO
[667]684             
[1]685!
686!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
687!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
688!--                   below the topography; need to correct later
689!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
690!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
691!--                     the topography.
[667]692             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
693!
[1]694!--             Neumann condition
695                DO  i = nxl-1, nxr+1
696                   DO  j = nys-1, nyn+1
697                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
698                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
699                   ENDDO
700                ENDDO
701
702             ENDIF
703
704          ENDIF
705
706       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
707       THEN
[1241]708
[1]709!
[1241]710!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
711          IF ( nudging ) THEN
712             pt_init = ptnudge(:,1)
713             u_init  = unudge(:,1)
714             v_init  = vnudge(:,1)
715             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
716                q_init = qnudge(:,1)
717             ENDIF
718
719             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ', &
720                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
721             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
722          ENDIF
723
724!
[1]725!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
726!--       temperature profile with constant gradient)
[667]727          DO  i = nxlg, nxrg
728             DO  j = nysg, nyng
[1]729                pt(:,j,i) = pt_init
730                u(:,j,i)  = u_init
731                v(:,j,i)  = v_init
732             ENDDO
733          ENDDO
[75]734
[1]735!
[292]736!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
737!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
738!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
739!--       in the limiting formula!). The original values are stored to be later
740!--       used for volume flow control.
[667]741          DO  i = nxlg, nxrg
742             DO  j = nysg, nyng
[1]743                u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
744                v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
745             ENDDO
746          ENDDO
747
[75]748          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[667]749             DO  i = nxlg, nxrg
750                DO  j = nysg, nyng
[1]751                   q(:,j,i) = q_init
752                ENDDO
753             ENDDO
[1115]754             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0 )  THEN
755!
756!--             Initialze nc_1d with default value
757                nc_1d(:) = nc_const
758
759                IF ( precipitation )  THEN
760                   DO  i = nxlg, nxrg
761                      DO  j = nysg, nyng
762                         qr(:,j,i) = 0.0
763                         nr(:,j,i) = 0.0
764                      ENDDO
[1053]765                   ENDDO
[1115]766                ENDIF
767
[1053]768             ENDIF
[1]769          ENDIF
770
[94]771          IF ( ocean )  THEN
[667]772             DO  i = nxlg, nxrg
773                DO  j = nysg, nyng
[94]774                   sa(:,j,i) = sa_init
775                ENDDO
776             ENDDO
777          ENDIF
[1]778         
779          IF ( constant_diffusion )  THEN
780             km   = km_constant
781             kh   = km / prandtl_number
[108]782             e    = 0.0
783          ELSEIF ( e_init > 0.0 )  THEN
784             DO  k = nzb+1, nzt
785                km(k,:,:) = 0.1 * l_grid(k) * SQRT( e_init )
786             ENDDO
787             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
788             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
789             kh   = km / prandtl_number
790             e    = e_init
[1]791          ELSE
[108]792             IF ( .NOT. ocean )  THEN
793                kh   = 0.01   ! there must exist an initial diffusion, because
794                km   = 0.01   ! otherwise no TKE would be produced by the
795                              ! production terms, as long as not yet
796                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
797             ELSE
798                kh   = 0.00001
799                km   = 0.00001
800             ENDIF
801             e    = 0.0
[1]802          ENDIF
[102]803          rif   = 0.0
804          ts    = 0.0
805          us    = 0.0
806          usws  = 0.0
807          uswst = top_momentumflux_u
808          vsws  = 0.0
809          vswst = top_momentumflux_v
[75]810          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0
[1]811
812!
813!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
814!--       of a sloping surface
815          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
816
[46]817       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
818       THEN
819!
820!--       Initialization will completely be done by the user
821          CALL user_init_3d_model
822
[1]823       ENDIF
[667]824!
825!--    Bottom boundary
826       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
827          u(nzb,:,:) = 0.0
828          v(nzb,:,:) = 0.0
829       ENDIF
[1]830
831!
[151]832!--    Apply channel flow boundary condition
[132]833       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
834          u(nzt+1,:,:) = 0.0
835          v(nzt+1,:,:) = 0.0
836       ENDIF
837
838!
[1]839!--    Calculate virtual potential temperature
[75]840       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0 + 0.61 * q )
[1]841
842!
843!--    Store initial profiles for output purposes etc.
844       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
845       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[667]846       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
847          hom(nzb,1,5,:) = 0.0   
848          hom(nzb,1,6,:) = 0.0 
[1]849       ENDIF
850       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
851       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
852       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
853
[97]854       IF ( ocean )  THEN
855!
856!--       Store initial salinity profile
857          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
858       ENDIF
[1]859
[75]860       IF ( humidity )  THEN
[1]861!
862!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
863!--       temperature
864          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
865          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
866          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
867!
868!--          Store initial profile of specific humidity and potential
869!--          temperature
870             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
871             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
872          ENDIF
873       ENDIF
874
875       IF ( passive_scalar )  THEN
876!
877!--       Store initial scalar profile
878          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
879       ENDIF
880
881!
[19]882!--    Initialize fluxes at bottom surface
[1]883       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
884
885          IF ( constant_heatflux )  THEN
886!
887!--          Heat flux is prescribed
888             IF ( random_heatflux )  THEN
889                CALL disturb_heatflux
890             ELSE
891                shf = surface_heatflux
892!
[1241]893!--             Initialize shf with data from external file LSF_DATA
894                IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) THEN
895                   CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
896                ENDIF
897
898!
[1]899!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
900                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
[667]901                   DO  i = nxlg, nxrg
902                      DO  j = nysg, nyng
[1]903                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
904                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
905                         ENDIF
906                      ENDDO
907                   ENDDO
908                ENDIF
909             ENDIF
910          ENDIF
911
912!
913!--       Determine the near-surface water flux
[75]914          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1115]915             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
916                  precipitation )  THEN
917                qrsws = 0.0
918                nrsws = 0.0
[1053]919             ENDIF
[1]920             IF ( constant_waterflux )  THEN
921                qsws   = surface_waterflux
[407]922!
923!--             Over topography surface_waterflux is replaced by
924!--             wall_humidityflux(0)
925                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
926                   wall_qflux = wall_humidityflux
[667]927                   DO  i = nxlg, nxrg
928                      DO  j = nysg, nyng
[407]929                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
930                            qsws(j,i) = wall_qflux(0)
931                         ENDIF
932                      ENDDO
933                   ENDDO
934                ENDIF
[1]935             ENDIF
936          ENDIF
937
938       ENDIF
939
940!
[19]941!--    Initialize fluxes at top surface
[94]942!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
943!--    The latent flux is zero in this case!
[19]944       IF ( use_top_fluxes )  THEN
945
946          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
947!
948!--          Heat flux is prescribed
949             tswst = top_heatflux
950
[1053]951             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
952                qswst = 0.0
[1115]953                IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
954                     precipitation ) THEN
[1053]955                   nrswst = 0.0
956                   qrswst = 0.0
957                ENDIF
958             ENDIF
[94]959
960             IF ( ocean )  THEN
[95]961                saswsb = bottom_salinityflux
[94]962                saswst = top_salinityflux
963             ENDIF
[102]964          ENDIF
[19]965
[102]966!
967!--       Initialization in case of a coupled model run
968          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
969             tswst = 0.0
970          ENDIF
971
[19]972       ENDIF
973
974!
[1]975!--    Initialize Prandtl layer quantities
976       IF ( prandtl_layer )  THEN
977
978          z0 = roughness_length
[978]979          z0h = z0h_factor * z0
[1]980
981          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
982!
983!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
984!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
985!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
986!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
987!--          value in the course of the first few time steps.
988             shf   = 0.0
989          ENDIF
990
[75]991          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1001]992             IF ( .NOT. constant_waterflux )  qsws   = 0.0
[1115]993             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
994                  precipitation )  THEN
995                qrsws = 0.0
996                nrsws = 0.0
[1053]997             ENDIF
[1]998          ENDIF
999
1000       ENDIF
1001
[1179]1002!
1003!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1004!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1005       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1006          IF ( .NOT. humidity )  THEN
1007             ref_state(:) = pt_reference
1008          ELSE
1009             ref_state(:) = vpt_reference
1010          ENDIF
1011       ELSE
1012          IF ( .NOT. humidity )  THEN
1013             ref_state(:) = pt_init(:)
1014          ELSE
1015             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1016          ENDIF
1017       ENDIF
[152]1018
1019!
[707]1020!--    For the moment, vertical velocity is zero
1021       w = 0.0
[1]1022
1023!
1024!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1025       sums = 0.0
1026
1027!
[707]1028!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1029       IF ( psolver == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0
1030
1031!
[72]1032!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1033!--    are zero at beginning of the simulation
1034       IF ( cloud_physics )  THEN
1035          ql = 0.0
1036          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0
[1115]1037          IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
1038             qc = 0.0
1039             nc_1d = nc_const
1040          ENDIF
[72]1041       ENDIF
[673]1042!
[1]1043!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1044       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1045          CALL init_rankine
1046       ENDIF
1047
1048!
1049!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1050       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1051          CALL init_pt_anomaly
1052       ENDIF
1053
1054!
1055!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1056       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
1057          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1058       ENDIF
1059
1060!
1061!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1062!--    run
[75]1063       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
[1]1064            q_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
1065          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1066       ENDIF
1067!
1068!--    Initialize the random number generator (from numerical recipes)
1069       CALL random_function_ini
1070
1071!
1072!--    Initialize old and new time levels.
[1001]1073       te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
[1]1074       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1075
[75]1076       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1001]1077          tq_m = 0.0
[1]1078          q_p = q
[1115]1079          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1080               precipitation )  THEN
[1053]1081             tqr_m = 0.0
1082             qr_p = qr
1083             tnr_m = 0.0
1084             nr_p = nr
1085          ENDIF
[1]1086       ENDIF
1087
[94]1088       IF ( ocean )  THEN
1089          tsa_m = 0.0
1090          sa_p  = sa
1091       ENDIF
[667]1092       
[94]1093
[147]1094    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
[667]1095         TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  &
[1]1096    THEN
1097!
[767]1098!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1099!--    some of the global variables from the restart file which are required
1100!--    for initializing the inflow
[328]1101       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
[559]1102
[759]1103          DO  i = 0, io_blocks-1
1104             IF ( i == io_group )  THEN
1105                CALL read_parts_of_var_list
1106                CALL close_file( 13 )
1107             ENDIF
1108#if defined( __parallel )
1109             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1110#endif
1111          ENDDO
[328]1112
[767]1113       ENDIF
1114
[151]1115!
[767]1116!--    Read binary data from restart file
1117       DO  i = 0, io_blocks-1
1118          IF ( i == io_group )  THEN
1119             CALL read_3d_binary
1120          ENDIF
1121#if defined( __parallel )
1122          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1123#endif
1124       ENDDO
1125
[328]1126!
[767]1127!--    Initialization of the turbulence recycling method
1128       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.  &
1129            turbulent_inflow )  THEN
1130!
1131!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1132!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1133!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1134!--       for u,v-components can be used.
1135          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
[151]1136
[767]1137          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1138             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1139             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1140          ELSE
[328]1141             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1142             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
[767]1143          ENDIF
1144          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1145          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
[151]1146
1147!
[767]1148!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1149!--       profiles
1150          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1151             DO  i = nxlg, nxrg
[667]1152                DO  j = nysg, nyng
[328]1153                   DO  k = nzb, nzt+1
[767]1154                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1155                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
[328]1156                   ENDDO
[151]1157                ENDDO
[767]1158             ENDDO
1159          ENDIF
[151]1160
1161!
[767]1162!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1163!--       conditions are used)
1164          IF ( inflow_l )  THEN
1165             DO  j = nysg, nyng
1166                DO  k = nzb, nzt+1
1167                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1168                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1169                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0
1170                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1171                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
1172                ENDDO
1173             ENDDO
1174          ENDIF
1175
[151]1176!
[767]1177!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1178!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1179!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1180!--       in time.
1181          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9 )  THEN
1182!
1183!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1184!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1185!--          specified.
1186             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0 )  THEN
1187                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1188             ELSE
1189                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',&
1190                     'explicitly specified because&the inversion height ', &
1191                     'calculated by the prerun is zero.'
1192                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
[292]1193             ENDIF
[151]1194
[767]1195          ENDIF
1196
1197          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9 )  THEN
[151]1198!
[767]1199!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1200!--          layer
1201             inflow_damping_width = 0.1 * inflow_damping_height
[151]1202
[767]1203          ENDIF
[151]1204
[767]1205          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
[151]1206
[767]1207          DO  k = nzb, nzt+1
[151]1208
[767]1209             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1210                inflow_damping_factor(k) = 1.0
[996]1211             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1212                inflow_damping_factor(k) = 1.0 -                               &
1213                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1214                                           inflow_damping_width
[767]1215             ELSE
1216                inflow_damping_factor(k) = 0.0
1217             ENDIF
[151]1218
[767]1219          ENDDO
[151]1220
[147]1221       ENDIF
1222
[152]1223!
[359]1224!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
1225       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.  &
1226            topography /= 'flat' )  THEN
1227!
1228!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1229!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1230!--       maybe revise later.
[1001]1231          DO  i = nxlg, nxrg
1232             DO  j = nysg, nyng
1233                u  (nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1234                v  (nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1235                w  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1236                e  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1237                tu_m(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1238                tv_m(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1239                tw_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1240                te_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1241                tpt_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0
[359]1242             ENDDO
[1001]1243          ENDDO
[359]1244
1245       ENDIF
1246
1247!
[1]1248!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1249!--    of a sloping surface
1250       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1251
1252!
1253!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1254!--    including ghost points)
1255       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
[1053]1256       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1257          q_p = q
[1115]1258          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1259               precipitation )  THEN
[1053]1260             qr_p = qr
1261             nr_p = nr
1262          ENDIF
1263       ENDIF
[94]1264       IF ( ocean )  sa_p = sa
[1]1265
[181]1266!
1267!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1268!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1269!--    there before they are set.
[1001]1270       te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
[1053]1271       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1272          tq_m = 0.0
[1115]1273          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1274               precipitation )  THEN
[1053]1275             tqr_m = 0.0
1276             tnr_m = 0.0
1277          ENDIF
1278       ENDIF
[1001]1279       IF ( ocean )  tsa_m = 0.0
[181]1280
[1]1281    ELSE
1282!
1283!--    Actually this part of the programm should not be reached
[254]1284       message_string = 'unknown initializing problem'
1285       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]1286    ENDIF
1287
[151]1288
1289    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
[1]1290!
[151]1291!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1292       IF ( outflow_l )  THEN
1293          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1294          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1295          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1296       ENDIF
1297       IF ( outflow_r )  THEN
1298          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1299          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1300          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1301       ENDIF
1302       IF ( outflow_s )  THEN
1303          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1304          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1305          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1306       ENDIF
1307       IF ( outflow_n )  THEN
1308          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1309          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1310          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1311       ENDIF
[667]1312       
[151]1313    ENDIF
[680]1314
[667]1315!
1316!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
[709]1317    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
[151]1318
[767]1319       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
[667]1320
[732]1321          volume_flow_initial_l = 0.0
1322          volume_flow_area_l    = 0.0
1323
[667]1324          IF ( nxr == nx )  THEN
1325             DO  j = nys, nyn
[709]1326                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
[667]1327                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
[767]1328                                              u_init(k) * dzw(k)
1329                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1330                ENDDO
1331             ENDDO
1332          ENDIF
1333         
1334          IF ( nyn == ny )  THEN
1335             DO  i = nxl, nxr
1336                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1337                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1338                                              v_init(k) * dzw(k)
1339                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1340                ENDDO
1341             ENDDO
1342          ENDIF
1343
1344#if defined( __parallel )
1345          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1346                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1347          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1348                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1349
1350#else
1351          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1352          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1353#endif 
1354
1355       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1356
1357          volume_flow_initial_l = 0.0
1358          volume_flow_area_l    = 0.0
1359
1360          IF ( nxr == nx )  THEN
1361             DO  j = nys, nyn
1362                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1363                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
[667]1364                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)
1365                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1366                ENDDO
1367             ENDDO
1368          ENDIF
1369         
1370          IF ( nyn == ny )  THEN
1371             DO  i = nxl, nxr
[709]1372                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
[667]1373                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
[709]1374                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)
[667]1375                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1376                ENDDO
1377             ENDDO
1378          ENDIF
1379
[732]1380#if defined( __parallel )
1381          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1382                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1383          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1384                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1385
1386#else
1387          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1388          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1389#endif 
1390
[667]1391       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1392
[732]1393          volume_flow_initial_l = 0.0
1394          volume_flow_area_l    = 0.0
1395
[667]1396          IF ( nxr == nx )  THEN
1397             DO  j = nys, nyn
[709]1398                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
[667]1399                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
[709]1400                                              u(k,j,nx) * dzw(k)
[667]1401                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1402                ENDDO
1403             ENDDO
1404          ENDIF
1405         
1406          IF ( nyn == ny )  THEN
1407             DO  i = nxl, nxr
[709]1408                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
[667]1409                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1410                                              v(k,ny,i) * dzw(k)
1411                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1412                ENDDO
1413             ENDDO
1414          ENDIF
1415
1416#if defined( __parallel )
[732]1417          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1418                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1419          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1420                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[667]1421
1422#else
[732]1423          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1424          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
[667]1425#endif 
1426
[732]1427       ENDIF
1428
[151]1429!
[709]1430!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1431!--    from u|v_bulk instead
[680]1432       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1433          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1434          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1435       ENDIF
[667]1436
[680]1437    ENDIF
1438
[787]1439!
1440!-- Initialize quantities for special advections schemes
1441    CALL init_advec
[680]1442
[667]1443!
[680]1444!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1445!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
1446    IF ( create_disturbances .AND. &
1447         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
1448         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1449
1450       CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
1451       CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
1452       n_sor = nsor_ini
[1221]1453       !$acc data copyin( d, ddzu, ddzw, nzb_s_inner, nzb_u_inner )            &
1454       !$acc      copyin( nzb_v_inner, nzb_w_inner, p, rflags_s_inner, tend )  &
1455       !$acc      copyin( weight_pres, weight_substep )                        &
1456       !$acc      copy( tri, tric, u, v, w )
[680]1457       CALL pres
[1111]1458       !$acc end data
[680]1459       n_sor = nsor
1460    ENDIF
1461
1462!
[138]1463!-- Initialization of the leaf area density
[709]1464    IF ( plant_canopy )  THEN
[138]1465 
1466       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1467
1468          CASE( 'block' )
1469
[667]1470             DO  i = nxlg, nxrg
1471                DO  j = nysg, nyng
[138]1472                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1473                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
[709]1474                   IF ( passive_scalar )  THEN
[153]1475                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1476                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1477                   ENDIF
[138]1478                ENDDO
1479             ENDDO
1480
1481          CASE DEFAULT
1482
1483!
1484!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1485!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1486!--          user has coded a special case in the user interface.
1487!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1488!--          which of these two conditions applies.
1489             CALL user_init_plant_canopy
1490 
1491          END SELECT
1492
[667]1493       CALL exchange_horiz( lad_s, nbgp )
1494       CALL exchange_horiz( cdc, nbgp )
[138]1495
[709]1496       IF ( passive_scalar )  THEN
[667]1497          CALL exchange_horiz( sls, nbgp )
1498          CALL exchange_horiz( sec, nbgp )
[153]1499       ENDIF
1500
1501!
1502!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1503!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1504!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1505!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1506!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1507
[138]1508       DO  i = nxl, nxr
1509          DO  j = nys, nyn
1510             DO  k = nzb, nzt+1 
[709]1511                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0 )  THEN
[153]1512                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1513                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1514                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1515                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1516                ENDIF
[138]1517             ENDDO
1518             DO  k = nzb, nzt
1519                lad_w(k,j,i) = 0.5 * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
1520             ENDDO
1521          ENDDO
1522       ENDDO
1523
[153]1524       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0
1525       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
[138]1526
[667]1527       CALL exchange_horiz( lad_u, nbgp )
1528       CALL exchange_horiz( lad_v, nbgp )
1529       CALL exchange_horiz( lad_w, nbgp )
[153]1530
1531!
1532!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
[709]1533       IF ( cthf /= 0.0 )  THEN
[153]1534!
1535!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1536!--       integration of the leaf area density
1537          lai(:,:,:) = 0.0
[667]1538          DO  i = nxlg, nxrg
1539             DO  j = nysg, nyng
[153]1540                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1541                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
1542                                ( 0.5 * ( lad_w(k+1,j,i) +       &
1543                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1544                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
1545                                ( 0.5 * ( lad_w(k,j,i)   +       &
1546                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1547                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1548                ENDDO
1549             ENDDO
1550          ENDDO
1551
1552!
1553!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1554!--       canopy
[667]1555          DO  i = nxlg, nxrg
1556             DO  j = nysg, nyng
[153]1557                DO  k = 0, pch_index
1558                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
1559                                             exp( -0.6 * lai(k,j,i) )
1560                ENDDO
1561             ENDDO
1562          ENDDO
1563
1564!
1565!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1566!--       distribution within the canopy
1567          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1568
1569       ENDIF
1570
[138]1571    ENDIF
1572
1573!
[1]1574!-- If required, initialize dvrp-software
1575    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9 )  CALL init_dvrp
1576
[96]1577    IF ( ocean )  THEN
[1]1578!
[96]1579!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1580       CALL init_ocean
[388]1581
[96]1582    ELSE
1583!
1584!--    Initialize quantities for handling cloud physics
[849]1585!--    This routine must be called before lpm_init, because
[96]1586!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
[849]1587!--    lpm_init) is not defined.
[96]1588       CALL init_cloud_physics
1589    ENDIF
[1]1590
1591!
1592!-- If required, initialize particles
[849]1593    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
[1]1594
1595!
[673]1596!-- Initialize the ws-scheme.   
1597    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
[1]1598
1599!
[709]1600!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
1601!-- and turbulent quantities from the RK substeps               
1602    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1603
[713]1604       weight_substep(1) = 1./6.
1605       weight_substep(2) = 3./10.
1606       weight_substep(3) = 8./15.
[709]1607
[713]1608       weight_pres(1)    = 1./3.
1609       weight_pres(2)    = 5./12.
1610       weight_pres(3)    = 1./4.
[709]1611
1612    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1613
[713]1614       weight_substep(1) = 1./2.
1615       weight_substep(2) = 1./2.
[673]1616         
[713]1617       weight_pres(1)    = 1./2.
1618       weight_pres(2)    = 1./2.       
[709]1619
[1001]1620    ELSE                                     ! for Euler-method
[709]1621
[673]1622       weight_substep(1) = 1.0     
[709]1623       weight_pres(1)    = 1.0                   
1624
[673]1625    ENDIF
1626
1627!
[1]1628!-- Initialize Rayleigh damping factors
[785]1629    rdf    = 0.0
1630    rdf_sc = 0.0
[1]1631    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0 )  THEN
[108]1632       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1633          DO  k = nzb+1, nzt
1634             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1635                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
[1]1636                      ( SIN( pi * 0.5 * ( zu(k) - rayleigh_damping_height )    &
1637                                      / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
1638                      )**2
[108]1639             ENDIF
1640          ENDDO
1641       ELSE
1642          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1643             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1644                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1645                      ( SIN( pi * 0.5 * ( rayleigh_damping_height - zu(k) )    &
1646                                      / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
1647                      )**2
1648             ENDIF
1649          ENDDO
1650       ENDIF
[1]1651    ENDIF
[785]1652    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
[1]1653
1654!
[240]1655!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1656!-- the external pressure gradient
1657    dp_smooth_factor = 1.0
1658    IF ( dp_external )  THEN
1659!
1660!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1661!--    (e.g. in init_grid).
1662       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1663          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1664          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1665                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1666       ENDIF
1667       IF ( dp_smooth )  THEN
1668          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0
1669          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1670             dp_smooth_factor(k) = 0.5 * ( 1.0 + SIN( pi * &
1671                  ( REAL( k - dp_level_ind_b ) /  &
1672                    REAL( nzt - dp_level_ind_b ) - 0.5 ) ) )
1673          ENDDO
1674       ENDIF
1675    ENDIF
1676
1677!
[978]1678!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1679!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1680!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
1681    ptdf_x = 0.0
1682    ptdf_y = 0.0
[1159]1683    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
[996]1684       DO  i = nxl, nxr
[978]1685          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
1686             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5 *        &
1687                         REAL( pt_damping_width - i * dx ) / (        &
1688                         REAL( pt_damping_width )            ) ) )**2 
[73]1689          ENDIF
1690       ENDDO
[1159]1691    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
[996]1692       DO  i = nxl, nxr
[978]1693          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
[996]1694             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                      &
1695                         SIN( pi * 0.5 * ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) / &
1696                                         REAL( pt_damping_width ) )**2
[73]1697          ENDIF
[978]1698       ENDDO 
[1159]1699    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
[996]1700       DO  j = nys, nyn
[978]1701          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
[996]1702             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                      &
1703                         SIN( pi * 0.5 * ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) / &
1704                                         REAL( pt_damping_width ) )**2
[1]1705          ENDIF
[978]1706       ENDDO 
[1159]1707    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
[996]1708       DO  j = nys, nyn
[978]1709          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
[996]1710             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                             &
1711                         SIN( pi * 0.5 * ( pt_damping_width - j * dy ) / &
1712                                         REAL( pt_damping_width ) )**2
[1]1713          ENDIF
[73]1714       ENDDO
[1]1715    ENDIF
1716
1717!
[709]1718!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1719!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1720!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1721!-- are never initialized)
[1]1722    sums_divnew_l      = 0.0
1723    sums_divold_l      = 0.0
1724    sums_l_l           = 0.0
1725    sums_up_fraction_l = 0.0
1726    sums_wsts_bc_l     = 0.0
1727
1728!
1729!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
[1015]1730!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
1731!-- would bias the statistics
[1]1732    rmask = 1.0
[1025]1733    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0
1734    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0
[1]1735
1736!
[51]1737!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
[709]1738!-- of allowed timeseries is exceeded
[1]1739    CALL user_init
1740
[51]1741    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
[254]1742       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds', &
[274]1743                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,    &
[254]1744                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1745       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
[51]1746    ENDIF
1747
[1]1748!
1749!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1750!-- after call of user_init!
1751    CALL close_file( 13 )
1752
1753!
1754!-- Compute total sum of active mask grid points
1755!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1756!--          total domain
1757!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
[132]1758    ngp_2dh_outer_l   = 0
1759    ngp_2dh_outer     = 0
1760    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1761    ngp_2dh_s_inner   = 0
1762    ngp_2dh_l         = 0
1763    ngp_2dh           = 0
[485]1764    ngp_3d_inner_l    = 0.0
[132]1765    ngp_3d_inner      = 0
1766    ngp_3d            = 0
1767    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
[1]1768
1769    DO  sr = 0, statistic_regions
1770       DO  i = nxl, nxr
1771          DO  j = nys, nyn
1772             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0 )  THEN
1773!
1774!--             All xy-grid points
1775                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1776!
1777!--             xy-grid points above topography
1778                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1779                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1780                ENDDO
[132]1781                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1782                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1783                ENDDO
[1]1784!
1785!--             All grid points of the total domain above topography
1786                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1787                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1788             ENDIF
1789          ENDDO
1790       ENDDO
1791    ENDDO
1792
1793    sr = statistic_regions + 1
1794#if defined( __parallel )
[622]1795    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1796    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,   &
[1]1797                        comm2d, ierr )
[622]1798    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1799    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,  &
[1]1800                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]1801    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1802    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),         &
[132]1803                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]1804    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1805    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL, &
[1]1806                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
[485]1807    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]1808#else
[132]1809    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1810    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1811    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
[485]1812    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]1813#endif
1814
[560]1815    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
1816             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]1817
1818!
1819!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1820!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1821!-- the respective subdomain lie below the surface topography
[667]1822    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
[631]1823    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),            &
1824                           ngp_3d_inner(:) )
[667]1825    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
[1]1826
[485]1827    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
[1]1828
1829
1830 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.