source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1411

Last change on this file since 1411 was 1411, checked in by suehring, 10 years ago

Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 67.2 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! ------------------
[1411]22! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
23! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
[1341]24!
[1054]25! Former revisions:
26! -----------------
27! $Id: init_3d_model.f90 1411 2014-05-26 16:01:51Z suehring $
28!
[1407]29! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
30! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
31! no-slip boundary condition for uv
32!
[1403]33! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
34! location messages modified
35!
[1401]36! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
37! Parallel random number generator added
38!
[1385]39! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
40! location messages added
41!
[1362]42! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
43! tend_* removed
44! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
45!
[1360]46! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
47! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
48! module
49!
[1354]50! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
51! REAL constants provided with KIND-attribute
52!
[1341]53! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
54! REAL constants defined as wp-kind
55!
[1323]56! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
57! REAL constants defined as wp-kind
58! module interfaces removed
59!
[1321]60! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
61! ONLY-attribute added to USE-statements,
62! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
63! kinds are defined in new module kinds,
64! revision history before 2012 removed,
65! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
66! all variable declaration statements
67!
[1317]68! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
69! Bugfix: allocation of w_subs
70!
[1300]71! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
72! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
73! with large scale forcing data (LSF_DATA)
74!
[1242]75! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
76! Overwrite initial profiles in case of nudging
77! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
78!
[1222]79! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
80! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
81! copy
82!
[1213]83! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
84! array tri is allocated and included in data copy statement
85!
[1196]86! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
87! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
88!
[1182]89! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
90! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
91!
[1172]92! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
93! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
94!
[1160]95! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
96! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
97!
[1154]98! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
99! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
[1171]100! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
[1154]101!
[1116]102! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
103! unused variables removed
104!
[1114]105! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
106! openACC directive modified
107!
[1112]108! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
109! openACC directives added for pres
110! array diss allocated only if required
111!
[1093]112! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
113! unused variables removed
114!
[1066]115! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
116! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
117!
[1054]118! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]119! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
120! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
121! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
122! +tend_*, prr
[979]123!
[1037]124! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
125! code put under GPL (PALM 3.9)
126!
[1033]127! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
128! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
129!
[1026]130! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
131! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
132!
[1017]133! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
134! mask is set to zero for ghost boundaries
135!
[1011]136! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
137! cpp switch __nopointer added for pointer free version
138!
[1004]139! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
140! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
141!
[1002]142! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
143! all actions concerning leapfrog scheme removed
144!
[997]145! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
146! little reformatting
147!
[979]148! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]149! outflow damping layer removed
150! roughness length for scalar quantites z0h added
151! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
152! boundaries added
153! initialization of ptdf_x, ptdf_y
154! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
[708]155!
[850]156! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
157! init_particles renamed lpm_init
158!
[826]159! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
160! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
161!
[1]162! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
163! Initial revision
164!
165!
166! Description:
167! ------------
168! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
169! a) pre-run the 1D model
170! or
171! b) pre-set constant linear profiles
172! or
173! c) read values of a previous run
174!------------------------------------------------------------------------------!
175
[667]176    USE advec_ws
[1320]177
[1]178    USE arrays_3d
[1320]179   
180    USE cloud_parameters,                                                      &
181        ONLY:  nc_const, precipitation_amount, precipitation_rate, prr
182   
183    USE constants,                                                             &
184        ONLY:  pi
185   
[1]186    USE control_parameters
[1320]187   
188    USE grid_variables,                                                        &
189        ONLY:  dx, dy
190   
[1]191    USE indices
[1359]192
193    USE lpm_init_mod,                                                              &
194        ONLY:  lpm_init
[1320]195   
196    USE kinds
197   
[1241]198    USE ls_forcing_mod
[1320]199   
200    USE model_1d,                                                              &
201        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d 
202   
[51]203    USE netcdf_control
[1320]204   
205    USE particle_attributes,                                                   &
206        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
207   
[1]208    USE pegrid
[1320]209   
210    USE random_function_mod 
211   
[1400]212    USE random_generator_parallel,                                             &
213        ONLY:  random_number_parallel, random_seed_parallel, random_dummy,     &
214               id_random_array, seq_random_array
215   
[1320]216    USE statistics,                                                            &
217        ONLY:  hom, hom_sum, pr_palm, rmask, spectrum_x, spectrum_y,           &
218               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
219               sums_l_l, sums_up_fraction_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,         &
220               weight_pres, weight_substep 
221   
222    USE transpose_indices 
[1]223
224    IMPLICIT NONE
225
[1320]226    INTEGER(iwp) ::  i             !:
227    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !:
228    INTEGER(iwp) ::  j             !:
229    INTEGER(iwp) ::  k             !:
230    INTEGER(iwp) ::  sr            !:
[1]231
[1320]232    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !:
[1]233
[1320]234    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !:
235    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !:
[1]236
[1320]237    REAL(wp), DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l     !:
238    REAL(wp), DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_initial_l  !:
[1]239
[1320]240    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !:
241    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !:
[1]242
[485]243
[1402]244    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
[1]245!
246!-- Allocate arrays
247    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
248              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
249              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
250              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
[485]251              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                        &
[1]252              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
253              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
[1195]254    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
[143]255    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
[1]256              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
[132]257              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
258              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
[996]259              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),               &
[87]260              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
261              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
[1]262              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
263              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
[48]264              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
[394]265              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
[978]266    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
[1]267
[1001]268    ALLOCATE( rif(nysg:nyng,nxlg:nxrg), shf(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
269              ts(nysg:nyng,nxlg:nxrg), tswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
270              us(nysg:nyng,nxlg:nxrg), usws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
271              uswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), vsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
272              vswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
[978]273              z0h(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]274
[1010]275    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),         &
276              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
277              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
278              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
279              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
280
281#if defined( __nopointer )
282    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
283              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
284              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
285              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
286              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
287              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
288              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
289              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
290              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
291              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
292              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
293              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
294              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
295              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
296              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
297#else
298    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
299              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
300              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
301              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
302              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
303              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
304              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
305              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
306              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
307              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
308              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
309              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
310              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
[667]311              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1032]312    IF ( .NOT. neutral )  THEN
313       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
314    ENDIF
[1010]315#endif
316
[673]317!
[707]318!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
319!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
320!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
321!-- solver.
322    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
323       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
324    ELSEIF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
325!
326!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
327       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
[673]328    ENDIF
[1]329
[1111]330!
331!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
332    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
[1212]333       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
[1111]334       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
335    ENDIF
336
[75]337    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
[1]338!
[75]339!--    2D-humidity/scalar arrays
[1001]340       ALLOCATE ( qs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
341                  qsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
342                  qswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]343
344!
[75]345!--    3D-humidity/scalar arrays
[1010]346#if defined( __nopointer )
347       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
348                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
349                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
350#else
[667]351       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
352                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
353                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]354#endif
[1]355
356!
[75]357!--    3D-arrays needed for humidity only
358       IF ( humidity )  THEN
[1010]359#if defined( __nopointer )
360          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
361#else
[667]362          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]363#endif
[1]364
365          IF ( cloud_physics ) THEN
[1053]366
[1]367!
368!--          Liquid water content
[1010]369#if defined( __nopointer )
370             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
371#else
[667]372             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]373#endif
[72]374!
375!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
[667]376             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
377                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]378
379             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
380!
[1115]381!--             1D-arrays
382                ALLOCATE ( nc_1d(nzb:nzt+1), pt_1d(nzb:nzt+1), &
383                           q_1d(nzb:nzt+1), qc_1d(nzb:nzt+1) ) 
[1053]384!
[1115]385!--             3D-cloud water content
[1053]386#if defined( __nopointer )
[1115]387                ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]388#else
[1115]389                ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]390#endif
[1115]391
392                IF ( precipitation )  THEN
[1053]393!
[1115]394!--                1D-arrays
395                   ALLOCATE ( nr_1d(nzb:nzt+1), qr_1d(nzb:nzt+1) ) 
[1361]396
[1115]397!
398!--                2D-rain water content and rain drop concentration arrays
399                   ALLOCATE ( qrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
400                              qrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
401                              qrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
402                              nrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
403                              nrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
404                              nrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
405!
406!--                3D-rain water content, rain drop concentration arrays
407#if defined( __nopointer )
408                   ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
409                             nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
410                             qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
411                             qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
412                             tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),      &
413                             tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
414#else
415                   ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
416                             nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
417                             nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
418                             qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
419                             qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
420                             qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
421#endif
422!
423!--                3d-precipitation rate
[1053]424                   ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
425                ENDIF
426
427             ENDIF
[1]428          ENDIF
429
430          IF ( cloud_droplets )  THEN
431!
[1010]432!--          Liquid water content, change in liquid water content
433#if defined( __nopointer )
434             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
435                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
436#else
[667]437             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
[1010]438                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
439#endif
440!
441!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
442             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
[667]443                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]444          ENDIF
445
446       ENDIF
447
448    ENDIF
449
[94]450    IF ( ocean )  THEN
[1001]451       ALLOCATE( saswsb(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
452                 saswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]453#if defined( __nopointer )
454       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
455                 rho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
456                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
457                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
458                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
459#else
[667]460       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
461                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
462                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
463                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
464                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[388]465       prho => prho_1
466       rho  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
467                      ! density to be apointer
[1010]468#endif
[108]469       IF ( humidity_remote )  THEN
[667]470          ALLOCATE( qswst_remote(nysg:nyng,nxlg:nxrg))
[1340]471          qswst_remote = 0.0_wp
[108]472       ENDIF
[94]473    ENDIF
474
[1]475!
476!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
477!-- particle velocities
[1171]478    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  &
479         num_acc_per_node > 0 )  THEN
[1153]480       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]481    ENDIF
482
[1340]483    IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
[1]484       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
485                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
[1340]486       spectrum_x = 0.0_wp
487       spectrum_y = 0.0_wp
[1]488    ENDIF
489
490!
[1299]491!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
[1361]492    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
493       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
494       w_subs = 0.0_wp
495    ENDIF
[1299]496
497!
[1400]498!-- ID-array and state-space-array for the parallel random number generator
499    IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
500       ALLOCATE ( seq_random_array(5,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
501       ALLOCATE ( id_random_array(0:ny,0:nx) )
502       seq_random_array = 0
503       id_random_array  = 0
504    ENDIF
505   
506!
[138]507!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
508    IF ( plant_canopy ) THEN
[667]509       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
510                  lad_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
511                  lad_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
512                  lad_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
513                  cdc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[153]514
515       IF ( passive_scalar ) THEN
[996]516          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
[667]517                     sec(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ) 
[153]518       ENDIF
519
[1340]520       IF ( cthf /= 0.0_wp ) THEN
[996]521          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
[667]522                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[153]523       ENDIF
524
[138]525    ENDIF
526
527!
[51]528!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
529    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[667]530       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg,1:4) )
[1340]531       rif_wall = 0.0_wp
[51]532    ENDIF
533
534!
[106]535!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
536!-- are needed for radiation boundary conditions
[73]537    IF ( outflow_l )  THEN
[667]538       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2), &
539                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1), &
540                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
[73]541    ENDIF
542    IF ( outflow_r )  THEN
[667]543       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
544                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
545                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
[73]546    ENDIF
[106]547    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
[667]548       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng), &
549                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
[106]550    ENDIF
[73]551    IF ( outflow_s )  THEN
[667]552       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg), &
553                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg), &
554                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
[73]555    ENDIF
556    IF ( outflow_n )  THEN
[667]557       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
558                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
559                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
[73]560    ENDIF
[106]561    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[667]562       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), &
563                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
[106]564    ENDIF
[996]565    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[978]566       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
567       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
568    ENDIF
[73]569
[978]570
[1010]571#if ! defined( __nopointer )
[73]572!
[1]573!-- Initial assignment of the pointers
[1001]574    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
[1032]575    IF ( .NOT. neutral )  THEN
576       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
577    ELSE
578       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
579    ENDIF
[1001]580    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
581    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
582    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
[1]583
[1001]584    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
585       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
[1053]586       IF ( humidity )  THEN
587          vpt  => vpt_1   
588          IF ( cloud_physics )  THEN
589             ql => ql_1
590             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
[1115]591                qc => qc_1
592                IF ( precipitation )  THEN
593                   qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
594                   nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
595                ENDIF
[1053]596             ENDIF
597          ENDIF
598       ENDIF
[1001]599       IF ( cloud_droplets )  THEN
600          ql   => ql_1
601          ql_c => ql_2
[1]602       ENDIF
[1001]603    ENDIF
[1]604
[1001]605    IF ( ocean )  THEN
606       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
607    ENDIF
[1010]608#endif
[1]609
610!
[709]611!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
612!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
613!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
614!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
615!-- will be set.
616    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max), &
[673]617              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
[1340]618    weight_substep = 1.0_wp
619    weight_pres    = 1.0_wp
[709]620    intermediate_timestep_count = 1  ! needed when simulated_time = 0.0
[673]621       
[1402]622    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[673]623!
[1]624!-- Initialize model variables
[147]625    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
[328]626         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
[1]627!
628!--    First model run of a possible job queue.
629!--    Initial profiles of the variables must be computes.
630       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
[1384]631
[1402]632          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
[1]633!
634!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
635!--       start 1D model
636          CALL init_1d_model
637!
638!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
[667]639          DO  i = nxlg, nxrg
640             DO  j = nysg, nyng
[1]641                e(:,j,i)  = e1d
642                kh(:,j,i) = kh1d
643                km(:,j,i) = km1d
644                pt(:,j,i) = pt_init
645                u(:,j,i)  = u1d
646                v(:,j,i)  = v1d
647             ENDDO
648          ENDDO
649
[75]650          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[667]651             DO  i = nxlg, nxrg
652                DO  j = nysg, nyng
[1]653                   q(:,j,i) = q_init
654                ENDDO
655             ENDDO
[1353]656             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
[1115]657                  precipitation )  THEN
[1053]658                DO  i = nxlg, nxrg
659                   DO  j = nysg, nyng
[1340]660                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
661                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]662                   ENDDO
663                ENDDO
[1115]664!
665!--             Initialze nc_1d with default value
666                nc_1d(:) = nc_const
667
[1053]668             ENDIF
[1]669          ENDIF
670
671          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
[667]672             DO  i = nxlg, nxrg
673                DO  j = nysg, nyng
[1]674                   e(:,j,i)  = e1d
675                ENDDO
676             ENDDO
677!
678!--          Store initial profiles for output purposes etc.
679             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
680
681             IF ( prandtl_layer )  THEN
682                rif  = rif1d(nzb+1)
[1340]683                ts   = 0.0_wp  ! could actually be computed more accurately in the
684                               ! 1D model. Update when opportunity arises.
[1]685                us   = us1d
686                usws = usws1d
687                vsws = vsws1d
688             ELSE
[1340]689                ts   = 0.0_wp  ! must be set, because used in
690                rif  = 0.0_wp  ! flowste
691                us   = 0.0_wp
692                usws = 0.0_wp
693                vsws = 0.0_wp
[1]694             ENDIF
695
696          ELSE
[1340]697             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
698             rif  = 0.0_wp  ! flowste
699             ts   = 0.0_wp
700             us   = 0.0_wp
701             usws = 0.0_wp
702             vsws = 0.0_wp
[1]703          ENDIF
[102]704          uswst = top_momentumflux_u
705          vswst = top_momentumflux_v
[1]706
707!
708!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
709!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
710!--       Update when opportunity arises!
[1053]711          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]712             qs = 0.0_wp
[1353]713             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
[1115]714                  precipitation )  THEN
[1340]715                qrs = 0.0_wp
716                nrs = 0.0_wp
[1053]717             ENDIF
718          ENDIF
[1]719
720!
721!--       inside buildings set velocities back to zero
722          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
723             DO  i = nxl-1, nxr+1
724                DO  j = nys-1, nyn+1
[1340]725                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
726                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
[1]727                ENDDO
728             ENDDO
[667]729             
[1]730!
731!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
732!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
733!--                   below the topography; need to correct later
734!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
735!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
736!--                     the topography.
[667]737             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
738!
[1]739!--             Neumann condition
740                DO  i = nxl-1, nxr+1
741                   DO  j = nys-1, nyn+1
742                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
743                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
744                   ENDDO
745                ENDDO
746
747             ENDIF
748
749          ENDIF
750
[1402]751          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]752
[1]753       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
754       THEN
[1241]755
[1402]756          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
[1]757!
[1241]758!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
759          IF ( nudging ) THEN
760             pt_init = ptnudge(:,1)
761             u_init  = unudge(:,1)
762             v_init  = vnudge(:,1)
763             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
764                q_init = qnudge(:,1)
765             ENDIF
766
767             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ', &
768                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
769             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
770          ENDIF
771
772!
[1]773!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
774!--       temperature profile with constant gradient)
[667]775          DO  i = nxlg, nxrg
776             DO  j = nysg, nyng
[1]777                pt(:,j,i) = pt_init
778                u(:,j,i)  = u_init
779                v(:,j,i)  = v_init
780             ENDDO
781          ENDDO
[75]782
[1]783!
[292]784!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
785!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
786!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
787!--       in the limiting formula!). The original values are stored to be later
788!--       used for volume flow control.
[1411]789          IF ( ibc_uv_b /= 1 .AND. ( .NOT. bc_lr_dirrad .AND.                 &
790                                     .NOT. bc_lr_raddir .AND.                 &
791                                     .NOT. bc_ns_dirrad .AND.                 &
792                                     .NOT. bc_ns_raddir ) )  THEN   
[1406]793             DO  i = nxlg, nxrg
794                DO  j = nysg, nyng
795                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
796                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
797                ENDDO
[1]798             ENDDO
[1406]799          ENDIF
[1]800
[75]801          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[667]802             DO  i = nxlg, nxrg
803                DO  j = nysg, nyng
[1]804                   q(:,j,i) = q_init
805                ENDDO
806             ENDDO
[1115]807             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0 )  THEN
808!
809!--             Initialze nc_1d with default value
810                nc_1d(:) = nc_const
811
812                IF ( precipitation )  THEN
813                   DO  i = nxlg, nxrg
814                      DO  j = nysg, nyng
[1340]815                         qr(:,j,i) = 0.0_wp
816                         nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1115]817                      ENDDO
[1053]818                   ENDDO
[1115]819                ENDIF
820
[1053]821             ENDIF
[1]822          ENDIF
823
[94]824          IF ( ocean )  THEN
[667]825             DO  i = nxlg, nxrg
826                DO  j = nysg, nyng
[94]827                   sa(:,j,i) = sa_init
828                ENDDO
829             ENDDO
830          ENDIF
[1]831         
832          IF ( constant_diffusion )  THEN
833             km   = km_constant
834             kh   = km / prandtl_number
[1340]835             e    = 0.0_wp
836          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
[108]837             DO  k = nzb+1, nzt
[1340]838                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
[108]839             ENDDO
840             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
841             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
842             kh   = km / prandtl_number
843             e    = e_init
[1]844          ELSE
[108]845             IF ( .NOT. ocean )  THEN
[1340]846                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
847                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
[108]848                              ! production terms, as long as not yet
849                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
850             ELSE
[1340]851                kh   = 0.00001_wp
852                km   = 0.00001_wp
[108]853             ENDIF
[1340]854             e    = 0.0_wp
[1]855          ENDIF
[1340]856          rif   = 0.0_wp
857          ts    = 0.0_wp
858          us    = 0.0_wp
859          usws  = 0.0_wp
[102]860          uswst = top_momentumflux_u
[1340]861          vsws  = 0.0_wp
[102]862          vswst = top_momentumflux_v
[1340]863          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0_wp
[1]864
865!
866!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
867!--       of a sloping surface
868          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
869
[1402]870          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]871
[46]872       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
873       THEN
[1384]874
[1402]875          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
[46]876!
877!--       Initialization will completely be done by the user
878          CALL user_init_3d_model
879
[1402]880          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]881
[1]882       ENDIF
[1384]883
[1402]884       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
885                              .FALSE. )
[1384]886
[667]887!
888!--    Bottom boundary
889       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
[1340]890          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
891          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
[667]892       ENDIF
[1]893
894!
[151]895!--    Apply channel flow boundary condition
[132]896       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
[1340]897          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
898          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
[132]899       ENDIF
900
901!
[1]902!--    Calculate virtual potential temperature
[1340]903       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
[1]904
905!
906!--    Store initial profiles for output purposes etc.
907       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
908       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[667]909       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
[1340]910          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
911          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
[1]912       ENDIF
913       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
914       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
915       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
916
[97]917       IF ( ocean )  THEN
918!
919!--       Store initial salinity profile
920          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
921       ENDIF
[1]922
[75]923       IF ( humidity )  THEN
[1]924!
925!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
926!--       temperature
927          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
928          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
929          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
930!
931!--          Store initial profile of specific humidity and potential
932!--          temperature
933             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
934             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
935          ENDIF
936       ENDIF
937
938       IF ( passive_scalar )  THEN
939!
940!--       Store initial scalar profile
941          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
942       ENDIF
943
944!
[1400]945!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
946       CALL random_function_ini
947       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
948          CALL random_function_ini
949          !- asigning an ID to every vertical gridpoint column
950          DO j=0,ny
951             DO i=0,nx
952                id_random_array(j,i) = 1000000*i + j
953             END DO
954          ENDDO
955          !- executing the initial ran_parallel
956          DO j = nysg, nyng
957             DO i = nxlg, nxrg
958                CALL random_seed_parallel (random_sequence=id_random_array(j, i))
959                CALL random_number_parallel (random_dummy)
960                CALL random_seed_parallel (get=seq_random_array(:, j, i))
961             END DO
962          ENDDO
963       ENDIF
964
965!
[19]966!--    Initialize fluxes at bottom surface
[1]967       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
968
969          IF ( constant_heatflux )  THEN
970!
971!--          Heat flux is prescribed
972             IF ( random_heatflux )  THEN
973                CALL disturb_heatflux
974             ELSE
975                shf = surface_heatflux
976!
[1241]977!--             Initialize shf with data from external file LSF_DATA
978                IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) THEN
979                   CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
980                ENDIF
981
982!
[1]983!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
984                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
[667]985                   DO  i = nxlg, nxrg
986                      DO  j = nysg, nyng
[1]987                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
988                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
989                         ENDIF
990                      ENDDO
991                   ENDDO
992                ENDIF
993             ENDIF
994          ENDIF
995
996!
997!--       Determine the near-surface water flux
[75]998          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1115]999             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1000                  precipitation )  THEN
[1340]1001                qrsws = 0.0_wp
1002                nrsws = 0.0_wp
[1053]1003             ENDIF
[1]1004             IF ( constant_waterflux )  THEN
1005                qsws   = surface_waterflux
[407]1006!
1007!--             Over topography surface_waterflux is replaced by
1008!--             wall_humidityflux(0)
1009                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
1010                   wall_qflux = wall_humidityflux
[667]1011                   DO  i = nxlg, nxrg
1012                      DO  j = nysg, nyng
[407]1013                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1014                            qsws(j,i) = wall_qflux(0)
1015                         ENDIF
1016                      ENDDO
1017                   ENDDO
1018                ENDIF
[1]1019             ENDIF
1020          ENDIF
1021
1022       ENDIF
1023
1024!
[19]1025!--    Initialize fluxes at top surface
[94]1026!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
1027!--    The latent flux is zero in this case!
[19]1028       IF ( use_top_fluxes )  THEN
1029
1030          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
1031!
1032!--          Heat flux is prescribed
1033             tswst = top_heatflux
1034
[1053]1035             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1036                qswst = 0.0_wp
[1115]1037                IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1038                     precipitation ) THEN
[1340]1039                   nrswst = 0.0_wp
1040                   qrswst = 0.0_wp
[1053]1041                ENDIF
1042             ENDIF
[94]1043
1044             IF ( ocean )  THEN
[95]1045                saswsb = bottom_salinityflux
[94]1046                saswst = top_salinityflux
1047             ENDIF
[102]1048          ENDIF
[19]1049
[102]1050!
1051!--       Initialization in case of a coupled model run
1052          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
[1340]1053             tswst = 0.0_wp
[102]1054          ENDIF
1055
[19]1056       ENDIF
1057
1058!
[1]1059!--    Initialize Prandtl layer quantities
1060       IF ( prandtl_layer )  THEN
1061
1062          z0 = roughness_length
[978]1063          z0h = z0h_factor * z0
[1]1064
1065          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
1066!
1067!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
1068!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
1069!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
1070!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
1071!--          value in the course of the first few time steps.
[1340]1072             shf   = 0.0_wp
[1]1073          ENDIF
1074
[75]1075          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1076             IF ( .NOT. constant_waterflux )  qsws   = 0.0_wp
[1115]1077             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1078                  precipitation )  THEN
[1340]1079                qrsws = 0.0_wp
1080                nrsws = 0.0_wp
[1053]1081             ENDIF
[1]1082          ENDIF
1083
1084       ENDIF
1085
[1179]1086!
1087!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1088!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1089       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1090          IF ( .NOT. humidity )  THEN
1091             ref_state(:) = pt_reference
1092          ELSE
1093             ref_state(:) = vpt_reference
1094          ENDIF
1095       ELSE
1096          IF ( .NOT. humidity )  THEN
1097             ref_state(:) = pt_init(:)
1098          ELSE
1099             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1100          ENDIF
1101       ENDIF
[152]1102
1103!
[707]1104!--    For the moment, vertical velocity is zero
[1340]1105       w = 0.0_wp
[1]1106
1107!
1108!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
[1340]1109       sums = 0.0_wp
[1]1110
1111!
[707]1112!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
[1340]1113       IF ( psolver == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
[707]1114
1115!
[72]1116!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1117!--    are zero at beginning of the simulation
1118       IF ( cloud_physics )  THEN
[1340]1119          ql = 0.0_wp
1120          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0_wp
[1115]1121          IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
[1340]1122             qc = 0.0_wp
[1115]1123             nc_1d = nc_const
1124          ENDIF
[72]1125       ENDIF
[673]1126!
[1]1127!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1128       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1129          CALL init_rankine
1130       ENDIF
1131
1132!
1133!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1134       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1135          CALL init_pt_anomaly
1136       ENDIF
1137
1138!
1139!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
[1340]1140       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
[1]1141          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1142       ENDIF
1143
1144!
1145!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1146!--    run
[75]1147       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
[1340]1148            q_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
[1]1149          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1150       ENDIF
1151
1152!
1153!--    Initialize old and new time levels.
[1340]1154       te_m = 0.0_wp; tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
[1]1155       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1156
[75]1157       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1158          tq_m = 0.0_wp
[1]1159          q_p = q
[1115]1160          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1161               precipitation )  THEN
[1340]1162             tqr_m = 0.0_wp
[1053]1163             qr_p = qr
[1340]1164             tnr_m = 0.0_wp
[1053]1165             nr_p = nr
1166          ENDIF
[1]1167       ENDIF
1168
[94]1169       IF ( ocean )  THEN
[1340]1170          tsa_m = 0.0_wp
[94]1171          sa_p  = sa
1172       ENDIF
[667]1173       
[1402]1174       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[94]1175
[147]1176    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
[667]1177         TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  &
[1]1178    THEN
[1384]1179
[1402]1180       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1181                              .FALSE. )
[1]1182!
[767]1183!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1184!--    some of the global variables from the restart file which are required
1185!--    for initializing the inflow
[328]1186       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
[559]1187
[759]1188          DO  i = 0, io_blocks-1
1189             IF ( i == io_group )  THEN
1190                CALL read_parts_of_var_list
1191                CALL close_file( 13 )
1192             ENDIF
1193#if defined( __parallel )
1194             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1195#endif
1196          ENDDO
[328]1197
[767]1198       ENDIF
1199
[151]1200!
[767]1201!--    Read binary data from restart file
1202       DO  i = 0, io_blocks-1
1203          IF ( i == io_group )  THEN
1204             CALL read_3d_binary
1205          ENDIF
1206#if defined( __parallel )
1207          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1208#endif
1209       ENDDO
1210
[328]1211!
[767]1212!--    Initialization of the turbulence recycling method
1213       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.  &
1214            turbulent_inflow )  THEN
1215!
1216!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1217!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1218!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1219!--       for u,v-components can be used.
1220          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
[151]1221
[767]1222          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1223             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1224             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1225          ELSE
[328]1226             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1227             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
[767]1228          ENDIF
1229          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1230          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
[151]1231
1232!
[767]1233!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1234!--       profiles
1235          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1236             DO  i = nxlg, nxrg
[667]1237                DO  j = nysg, nyng
[328]1238                   DO  k = nzb, nzt+1
[767]1239                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1240                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
[328]1241                   ENDDO
[151]1242                ENDDO
[767]1243             ENDDO
1244          ENDIF
[151]1245
1246!
[767]1247!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1248!--       conditions are used)
1249          IF ( inflow_l )  THEN
1250             DO  j = nysg, nyng
1251                DO  k = nzb, nzt+1
1252                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1253                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
[1340]1254                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
[767]1255                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1256                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
1257                ENDDO
1258             ENDDO
1259          ENDIF
1260
[151]1261!
[767]1262!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1263!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1264!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1265!--       in time.
[1340]1266          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
[767]1267!
1268!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1269!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1270!--          specified.
[1340]1271             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
[767]1272                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1273             ELSE
1274                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',&
1275                     'explicitly specified because&the inversion height ', &
1276                     'calculated by the prerun is zero.'
1277                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
[292]1278             ENDIF
[151]1279
[767]1280          ENDIF
1281
[1340]1282          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
[151]1283!
[767]1284!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1285!--          layer
[1340]1286             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
[151]1287
[767]1288          ENDIF
[151]1289
[767]1290          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
[151]1291
[767]1292          DO  k = nzb, nzt+1
[151]1293
[767]1294             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
[1340]1295                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
[996]1296             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
[1340]1297                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
[996]1298                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1299                                           inflow_damping_width
[767]1300             ELSE
[1340]1301                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
[767]1302             ENDIF
[151]1303
[767]1304          ENDDO
[151]1305
[147]1306       ENDIF
1307
[152]1308!
[359]1309!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
1310       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.  &
1311            topography /= 'flat' )  THEN
1312!
1313!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1314!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1315!--       maybe revise later.
[1001]1316          DO  i = nxlg, nxrg
1317             DO  j = nysg, nyng
[1340]1318                u  (nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1319                v  (nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1320                w  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1321                e  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1322                tu_m(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1323                tv_m(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1324                tw_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1325                te_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1326                tpt_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
[359]1327             ENDDO
[1001]1328          ENDDO
[359]1329
1330       ENDIF
1331
1332!
[1]1333!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1334!--    of a sloping surface
1335       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1336
1337!
1338!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1339!--    including ghost points)
1340       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
[1053]1341       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1342          q_p = q
[1115]1343          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1344               precipitation )  THEN
[1053]1345             qr_p = qr
1346             nr_p = nr
1347          ENDIF
1348       ENDIF
[94]1349       IF ( ocean )  sa_p = sa
[1]1350
[181]1351!
1352!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1353!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1354!--    there before they are set.
[1340]1355       te_m = 0.0_wp; tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
[1053]1356       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1357          tq_m = 0.0_wp
[1115]1358          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1359               precipitation )  THEN
[1340]1360             tqr_m = 0.0_wp
1361             tnr_m = 0.0_wp
[1053]1362          ENDIF
1363       ENDIF
[1340]1364       IF ( ocean )  tsa_m = 0.0_wp
[181]1365
[1402]1366       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1367
[1]1368    ELSE
1369!
1370!--    Actually this part of the programm should not be reached
[254]1371       message_string = 'unknown initializing problem'
1372       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]1373    ENDIF
1374
[151]1375
1376    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
[1]1377!
[151]1378!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1379       IF ( outflow_l )  THEN
1380          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1381          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1382          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1383       ENDIF
1384       IF ( outflow_r )  THEN
1385          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1386          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1387          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1388       ENDIF
1389       IF ( outflow_s )  THEN
1390          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1391          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1392          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1393       ENDIF
1394       IF ( outflow_n )  THEN
1395          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1396          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1397          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1398       ENDIF
[667]1399       
[151]1400    ENDIF
[680]1401
[667]1402!
1403!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
[709]1404    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
[151]1405
[767]1406       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
[667]1407
[1340]1408          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1409          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1410
[667]1411          IF ( nxr == nx )  THEN
1412             DO  j = nys, nyn
[709]1413                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
[667]1414                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
[767]1415                                              u_init(k) * dzw(k)
1416                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1417                ENDDO
1418             ENDDO
1419          ENDIF
1420         
1421          IF ( nyn == ny )  THEN
1422             DO  i = nxl, nxr
1423                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1424                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1425                                              v_init(k) * dzw(k)
1426                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1427                ENDDO
1428             ENDDO
1429          ENDIF
1430
1431#if defined( __parallel )
1432          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1433                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1434          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1435                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1436
1437#else
1438          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1439          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1440#endif 
1441
1442       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1443
[1340]1444          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1445          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[767]1446
1447          IF ( nxr == nx )  THEN
1448             DO  j = nys, nyn
1449                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1450                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
[667]1451                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)
1452                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1453                ENDDO
1454             ENDDO
1455          ENDIF
1456         
1457          IF ( nyn == ny )  THEN
1458             DO  i = nxl, nxr
[709]1459                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
[667]1460                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
[709]1461                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)
[667]1462                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1463                ENDDO
1464             ENDDO
1465          ENDIF
1466
[732]1467#if defined( __parallel )
1468          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1469                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1470          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1471                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1472
1473#else
1474          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1475          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1476#endif 
1477
[667]1478       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1479
[1340]1480          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1481          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1482
[667]1483          IF ( nxr == nx )  THEN
1484             DO  j = nys, nyn
[709]1485                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
[667]1486                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
[709]1487                                              u(k,j,nx) * dzw(k)
[667]1488                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1489                ENDDO
1490             ENDDO
1491          ENDIF
1492         
1493          IF ( nyn == ny )  THEN
1494             DO  i = nxl, nxr
[709]1495                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
[667]1496                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1497                                              v(k,ny,i) * dzw(k)
1498                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1499                ENDDO
1500             ENDDO
1501          ENDIF
1502
1503#if defined( __parallel )
[732]1504          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1505                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1506          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1507                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[667]1508
1509#else
[732]1510          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1511          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
[667]1512#endif 
1513
[732]1514       ENDIF
1515
[151]1516!
[709]1517!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1518!--    from u|v_bulk instead
[680]1519       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1520          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1521          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1522       ENDIF
[667]1523
[680]1524    ENDIF
1525
[787]1526!
1527!-- Initialize quantities for special advections schemes
1528    CALL init_advec
[680]1529
[667]1530!
[680]1531!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1532!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
1533    IF ( create_disturbances .AND. &
1534         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
1535         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1536
[1402]1537       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
[680]1538       CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
1539       CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
[1402]1540       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1541
[1402]1542       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
[680]1543       n_sor = nsor_ini
[1221]1544       !$acc data copyin( d, ddzu, ddzw, nzb_s_inner, nzb_u_inner )            &
1545       !$acc      copyin( nzb_v_inner, nzb_w_inner, p, rflags_s_inner, tend )  &
1546       !$acc      copyin( weight_pres, weight_substep )                        &
1547       !$acc      copy( tri, tric, u, v, w )
[680]1548       CALL pres
[1111]1549       !$acc end data
[680]1550       n_sor = nsor
[1402]1551       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1552
[680]1553    ENDIF
1554
1555!
[138]1556!-- Initialization of the leaf area density
[709]1557    IF ( plant_canopy )  THEN
[138]1558 
1559       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1560
1561          CASE( 'block' )
1562
[667]1563             DO  i = nxlg, nxrg
1564                DO  j = nysg, nyng
[138]1565                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1566                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
[709]1567                   IF ( passive_scalar )  THEN
[153]1568                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1569                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1570                   ENDIF
[138]1571                ENDDO
1572             ENDDO
1573
1574          CASE DEFAULT
1575
1576!
1577!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1578!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1579!--          user has coded a special case in the user interface.
1580!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1581!--          which of these two conditions applies.
1582             CALL user_init_plant_canopy
1583 
1584          END SELECT
1585
[667]1586       CALL exchange_horiz( lad_s, nbgp )
1587       CALL exchange_horiz( cdc, nbgp )
[138]1588
[709]1589       IF ( passive_scalar )  THEN
[667]1590          CALL exchange_horiz( sls, nbgp )
1591          CALL exchange_horiz( sec, nbgp )
[153]1592       ENDIF
1593
1594!
1595!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1596!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1597!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1598!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1599!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1600
[138]1601       DO  i = nxl, nxr
1602          DO  j = nys, nyn
1603             DO  k = nzb, nzt+1 
[1340]1604                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0_wp )  THEN
[153]1605                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1606                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1607                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1608                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1609                ENDIF
[138]1610             ENDDO
1611             DO  k = nzb, nzt
[1340]1612                lad_w(k,j,i) = 0.5_wp * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
[138]1613             ENDDO
1614          ENDDO
1615       ENDDO
1616
[1340]1617       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0_wp
[153]1618       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
[138]1619
[667]1620       CALL exchange_horiz( lad_u, nbgp )
1621       CALL exchange_horiz( lad_v, nbgp )
1622       CALL exchange_horiz( lad_w, nbgp )
[153]1623
1624!
1625!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
[1340]1626       IF ( cthf /= 0.0_wp )  THEN
[153]1627!
1628!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1629!--       integration of the leaf area density
[1340]1630          lai(:,:,:) = 0.0_wp
[667]1631          DO  i = nxlg, nxrg
1632             DO  j = nysg, nyng
[153]1633                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1634                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
[1340]1635                                ( 0.5_wp * ( lad_w(k+1,j,i) +    &
[153]1636                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1637                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
[1340]1638                                ( 0.5_wp * ( lad_w(k,j,i)   +    &
[153]1639                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1640                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1641                ENDDO
1642             ENDDO
1643          ENDDO
1644
1645!
1646!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1647!--       canopy
[667]1648          DO  i = nxlg, nxrg
1649             DO  j = nysg, nyng
[153]1650                DO  k = 0, pch_index
1651                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
[1340]1652                                             exp( -0.6_wp * lai(k,j,i) )
[153]1653                ENDDO
1654             ENDDO
1655          ENDDO
1656
1657!
1658!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1659!--       distribution within the canopy
1660          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1661
1662       ENDIF
1663
[138]1664    ENDIF
1665
1666!
[1]1667!-- If required, initialize dvrp-software
[1340]1668    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
[1]1669
[96]1670    IF ( ocean )  THEN
[1]1671!
[96]1672!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1673       CALL init_ocean
[388]1674
[96]1675    ELSE
1676!
1677!--    Initialize quantities for handling cloud physics
[849]1678!--    This routine must be called before lpm_init, because
[96]1679!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
[849]1680!--    lpm_init) is not defined.
[96]1681       CALL init_cloud_physics
1682    ENDIF
[1]1683
1684!
1685!-- If required, initialize particles
[849]1686    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
[1]1687
1688!
[673]1689!-- Initialize the ws-scheme.   
1690    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
[1]1691
1692!
[709]1693!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
1694!-- and turbulent quantities from the RK substeps               
1695    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1696
[1322]1697       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
1698       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
1699       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
[709]1700
[1322]1701       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
1702       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
1703       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
[709]1704
1705    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1706
[1322]1707       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
1708       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
[673]1709         
[1322]1710       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
1711       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
[709]1712
[1001]1713    ELSE                                     ! for Euler-method
[709]1714
[1340]1715       weight_substep(1) = 1.0_wp     
1716       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
[709]1717
[673]1718    ENDIF
1719
1720!
[1]1721!-- Initialize Rayleigh damping factors
[1340]1722    rdf    = 0.0_wp
1723    rdf_sc = 0.0_wp
1724    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
[108]1725       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1726          DO  k = nzb+1, nzt
1727             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1728                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
[1340]1729                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
1730                                         / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
[1]1731                      )**2
[108]1732             ENDIF
1733          ENDDO
1734       ELSE
1735          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1736             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1737                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
[1340]1738                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
1739                                         / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
[108]1740                      )**2
1741             ENDIF
1742          ENDDO
1743       ENDIF
[1]1744    ENDIF
[785]1745    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
[1]1746
1747!
[240]1748!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1749!-- the external pressure gradient
[1340]1750    dp_smooth_factor = 1.0_wp
[240]1751    IF ( dp_external )  THEN
1752!
1753!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1754!--    (e.g. in init_grid).
1755       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1756          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1757          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1758                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1759       ENDIF
1760       IF ( dp_smooth )  THEN
[1340]1761          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
[240]1762          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
[1340]1763             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
1764                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
1765                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
[240]1766          ENDDO
1767       ENDIF
1768    ENDIF
1769
1770!
[978]1771!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1772!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1773!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
[1340]1774    ptdf_x = 0.0_wp
1775    ptdf_y = 0.0_wp
[1159]1776    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
[996]1777       DO  i = nxl, nxr
[978]1778          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
[1340]1779             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
1780                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
1781                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp )            ) ) )**2 
[73]1782          ENDIF
1783       ENDDO
[1159]1784    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
[996]1785       DO  i = nxl, nxr
[978]1786          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]1787             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1788                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1789                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
1790                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[73]1791          ENDIF
[978]1792       ENDDO 
[1159]1793    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
[996]1794       DO  j = nys, nyn
[978]1795          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]1796             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1797                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1798                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
1799                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]1800          ENDIF
[978]1801       ENDDO 
[1159]1802    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
[996]1803       DO  j = nys, nyn
[978]1804          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
[1322]1805             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1806                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1807                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
1808                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]1809          ENDIF
[73]1810       ENDDO
[1]1811    ENDIF
1812
1813!
[709]1814!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1815!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1816!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1817!-- are never initialized)
[1340]1818    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1819    sums_divold_l      = 0.0_wp
1820    sums_l_l           = 0.0_wp
1821    sums_up_fraction_l = 0.0_wp
1822    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
[1]1823
1824!
1825!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
[1015]1826!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
1827!-- would bias the statistics
[1340]1828    rmask = 1.0_wp
1829    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
1830    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
[1]1831
1832!
[51]1833!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
[709]1834!-- of allowed timeseries is exceeded
[1]1835    CALL user_init
1836
[51]1837    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
[254]1838       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds', &
[274]1839                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,    &
[254]1840                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1841       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
[51]1842    ENDIF
1843
[1]1844!
1845!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1846!-- after call of user_init!
1847    CALL close_file( 13 )
1848
1849!
1850!-- Compute total sum of active mask grid points
1851!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1852!--          total domain
1853!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
[132]1854    ngp_2dh_outer_l   = 0
1855    ngp_2dh_outer     = 0
1856    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1857    ngp_2dh_s_inner   = 0
1858    ngp_2dh_l         = 0
1859    ngp_2dh           = 0
[1340]1860    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
[132]1861    ngp_3d_inner      = 0
1862    ngp_3d            = 0
1863    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
[1]1864
1865    DO  sr = 0, statistic_regions
1866       DO  i = nxl, nxr
1867          DO  j = nys, nyn
[1340]1868             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
[1]1869!
1870!--             All xy-grid points
1871                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1872!
1873!--             xy-grid points above topography
1874                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1875                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1876                ENDDO
[132]1877                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1878                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1879                ENDDO
[1]1880!
1881!--             All grid points of the total domain above topography
1882                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1883                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1884             ENDIF
1885          ENDDO
1886       ENDDO
1887    ENDDO
1888
1889    sr = statistic_regions + 1
1890#if defined( __parallel )
[622]1891    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1892    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,   &
[1]1893                        comm2d, ierr )
[622]1894    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1895    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,  &
[1]1896                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]1897    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1898    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),         &
[132]1899                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]1900    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1901    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL, &
[1]1902                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
[485]1903    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]1904#else
[132]1905    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1906    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1907    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
[485]1908    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]1909#endif
1910
[560]1911    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
1912             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]1913
1914!
1915!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1916!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1917!-- the respective subdomain lie below the surface topography
[667]1918    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
[631]1919    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),            &
1920                           ngp_3d_inner(:) )
[667]1921    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
[1]1922
[485]1923    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
[1]1924
[1402]1925    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
[1]1926
1927 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.