source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1450

Last change on this file since 1450 was 1432, checked in by suehring, 10 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 67.7 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! ------------------
[1341]22!
[1432]23!
[1054]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: init_3d_model.f90 1432 2014-07-15 14:51:17Z heinze $
27!
[1432]28! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
29! var_d added, in order to normalize spectra.
30!
[1430]31! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
32! Ensemble run capability added to parallel random number generator
33!
[1412]34! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
35! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
36! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
37!
[1407]38! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
39! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
40! no-slip boundary condition for uv
41!
[1403]42! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
43! location messages modified
44!
[1401]45! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
46! Parallel random number generator added
47!
[1385]48! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
49! location messages added
50!
[1362]51! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
52! tend_* removed
53! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
54!
[1360]55! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
56! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
57! module
58!
[1354]59! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
60! REAL constants provided with KIND-attribute
61!
[1341]62! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
63! REAL constants defined as wp-kind
64!
[1323]65! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
66! REAL constants defined as wp-kind
67! module interfaces removed
68!
[1321]69! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
70! ONLY-attribute added to USE-statements,
71! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
72! kinds are defined in new module kinds,
73! revision history before 2012 removed,
74! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
75! all variable declaration statements
76!
[1317]77! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
78! Bugfix: allocation of w_subs
79!
[1300]80! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
81! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
82! with large scale forcing data (LSF_DATA)
83!
[1242]84! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
85! Overwrite initial profiles in case of nudging
86! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
87!
[1222]88! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
89! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
90! copy
91!
[1213]92! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
93! array tri is allocated and included in data copy statement
94!
[1196]95! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
96! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
97!
[1182]98! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
99! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
100!
[1172]101! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
102! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
103!
[1160]104! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
105! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
106!
[1154]107! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
108! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
[1171]109! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
[1154]110!
[1116]111! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
112! unused variables removed
113!
[1114]114! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
115! openACC directive modified
116!
[1112]117! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
118! openACC directives added for pres
119! array diss allocated only if required
120!
[1093]121! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
122! unused variables removed
123!
[1066]124! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
125! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
126!
[1054]127! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]128! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
129! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
130! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
131! +tend_*, prr
[979]132!
[1037]133! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
134! code put under GPL (PALM 3.9)
135!
[1033]136! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
137! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
138!
[1026]139! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
140! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
141!
[1017]142! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
143! mask is set to zero for ghost boundaries
144!
[1011]145! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
146! cpp switch __nopointer added for pointer free version
147!
[1004]148! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
149! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
150!
[1002]151! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
152! all actions concerning leapfrog scheme removed
153!
[997]154! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
155! little reformatting
156!
[979]157! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]158! outflow damping layer removed
159! roughness length for scalar quantites z0h added
160! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
161! boundaries added
162! initialization of ptdf_x, ptdf_y
163! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
[708]164!
[850]165! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
166! init_particles renamed lpm_init
167!
[826]168! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
169! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
170!
[1]171! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
172! Initial revision
173!
174!
175! Description:
176! ------------
177! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
178! a) pre-run the 1D model
179! or
180! b) pre-set constant linear profiles
181! or
182! c) read values of a previous run
183!------------------------------------------------------------------------------!
184
[667]185    USE advec_ws
[1320]186
[1]187    USE arrays_3d
[1320]188   
189    USE cloud_parameters,                                                      &
190        ONLY:  nc_const, precipitation_amount, precipitation_rate, prr
191   
192    USE constants,                                                             &
193        ONLY:  pi
194   
[1]195    USE control_parameters
[1320]196   
197    USE grid_variables,                                                        &
198        ONLY:  dx, dy
199   
[1]200    USE indices
[1359]201
[1429]202    USE lpm_init_mod,                                                          &
[1359]203        ONLY:  lpm_init
[1320]204   
205    USE kinds
206   
[1241]207    USE ls_forcing_mod
[1320]208   
209    USE model_1d,                                                              &
210        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d 
211   
[51]212    USE netcdf_control
[1320]213   
214    USE particle_attributes,                                                   &
215        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
216   
[1]217    USE pegrid
[1320]218   
219    USE random_function_mod 
220   
[1400]221    USE random_generator_parallel,                                             &
222        ONLY:  random_number_parallel, random_seed_parallel, random_dummy,     &
223               id_random_array, seq_random_array
224   
[1320]225    USE statistics,                                                            &
226        ONLY:  hom, hom_sum, pr_palm, rmask, spectrum_x, spectrum_y,           &
227               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
228               sums_l_l, sums_up_fraction_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,         &
[1431]229               var_d, weight_pres, weight_substep 
[1320]230   
231    USE transpose_indices 
[1]232
233    IMPLICIT NONE
234
[1320]235    INTEGER(iwp) ::  i             !:
236    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !:
237    INTEGER(iwp) ::  j             !:
238    INTEGER(iwp) ::  k             !:
239    INTEGER(iwp) ::  sr            !:
[1]240
[1320]241    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !:
[1]242
[1320]243    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !:
244    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !:
[1]245
[1320]246    REAL(wp), DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l     !:
247    REAL(wp), DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_initial_l  !:
[1]248
[1320]249    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !:
250    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !:
[1]251
[485]252
[1402]253    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
[1]254!
255!-- Allocate arrays
256    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
257              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
258              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
259              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
[485]260              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                        &
[1]261              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
262              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
[1195]263    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
[143]264    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
[1]265              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
[132]266              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
267              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
[996]268              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),               &
[87]269              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
270              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
[1]271              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
272              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
[48]273              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
[394]274              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
[978]275    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
[1]276
[1001]277    ALLOCATE( rif(nysg:nyng,nxlg:nxrg), shf(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
278              ts(nysg:nyng,nxlg:nxrg), tswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
279              us(nysg:nyng,nxlg:nxrg), usws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
280              uswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), vsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
281              vswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
[978]282              z0h(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]283
[1010]284    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),         &
285              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
286              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
287              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
288              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
289
290#if defined( __nopointer )
291    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
292              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
293              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
294              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
295              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
296              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
297              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
298              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
299              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
300              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
301              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
302              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
303              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
304              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
305              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
306#else
307    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
308              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
309              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
310              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
311              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
312              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
313              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
314              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
315              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
316              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
317              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
318              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
319              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
[667]320              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1032]321    IF ( .NOT. neutral )  THEN
322       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
323    ENDIF
[1010]324#endif
325
[673]326!
[707]327!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
328!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
329!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
330!-- solver.
331    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
332       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
333    ELSEIF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
334!
335!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
336       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
[673]337    ENDIF
[1]338
[1111]339!
340!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
341    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
[1212]342       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
[1111]343       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
344    ENDIF
345
[75]346    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
[1]347!
[75]348!--    2D-humidity/scalar arrays
[1001]349       ALLOCATE ( qs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
350                  qsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
351                  qswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]352
353!
[75]354!--    3D-humidity/scalar arrays
[1010]355#if defined( __nopointer )
356       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
357                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
358                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
359#else
[667]360       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
361                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
362                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]363#endif
[1]364
365!
[75]366!--    3D-arrays needed for humidity only
367       IF ( humidity )  THEN
[1010]368#if defined( __nopointer )
369          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
370#else
[667]371          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]372#endif
[1]373
374          IF ( cloud_physics ) THEN
[1053]375
[1]376!
377!--          Liquid water content
[1010]378#if defined( __nopointer )
379             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
380#else
[667]381             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]382#endif
[72]383!
384!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
[667]385             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
386                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]387
388             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
389!
[1115]390!--             1D-arrays
391                ALLOCATE ( nc_1d(nzb:nzt+1), pt_1d(nzb:nzt+1), &
392                           q_1d(nzb:nzt+1), qc_1d(nzb:nzt+1) ) 
[1053]393!
[1115]394!--             3D-cloud water content
[1053]395#if defined( __nopointer )
[1115]396                ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]397#else
[1115]398                ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]399#endif
[1115]400
401                IF ( precipitation )  THEN
[1053]402!
[1115]403!--                1D-arrays
404                   ALLOCATE ( nr_1d(nzb:nzt+1), qr_1d(nzb:nzt+1) ) 
[1361]405
[1115]406!
407!--                2D-rain water content and rain drop concentration arrays
408                   ALLOCATE ( qrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
409                              qrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
410                              qrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
411                              nrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
412                              nrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
413                              nrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
414!
415!--                3D-rain water content, rain drop concentration arrays
416#if defined( __nopointer )
417                   ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
418                             nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
419                             qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
420                             qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
421                             tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),      &
422                             tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
423#else
424                   ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
425                             nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
426                             nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
427                             qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
428                             qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
429                             qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
430#endif
431!
432!--                3d-precipitation rate
[1053]433                   ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
434                ENDIF
435
436             ENDIF
[1]437          ENDIF
438
439          IF ( cloud_droplets )  THEN
440!
[1010]441!--          Liquid water content, change in liquid water content
442#if defined( __nopointer )
443             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
444                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
445#else
[667]446             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
[1010]447                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
448#endif
449!
450!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
451             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
[667]452                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]453          ENDIF
454
455       ENDIF
456
457    ENDIF
458
[94]459    IF ( ocean )  THEN
[1001]460       ALLOCATE( saswsb(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
461                 saswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]462#if defined( __nopointer )
463       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
464                 rho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
465                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
466                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
467                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
468#else
[667]469       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
470                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
471                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
472                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
473                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[388]474       prho => prho_1
475       rho  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
476                      ! density to be apointer
[1010]477#endif
[108]478       IF ( humidity_remote )  THEN
[667]479          ALLOCATE( qswst_remote(nysg:nyng,nxlg:nxrg))
[1340]480          qswst_remote = 0.0_wp
[108]481       ENDIF
[94]482    ENDIF
483
[1]484!
485!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
486!-- particle velocities
[1171]487    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  &
488         num_acc_per_node > 0 )  THEN
[1153]489       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]490    ENDIF
491
[1340]492    IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
[1]493       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
494                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
[1340]495       spectrum_x = 0.0_wp
496       spectrum_y = 0.0_wp
[1431]497
498       ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
499       var_d = 0.0_wp
[1]500    ENDIF
501
502!
[1299]503!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
[1361]504    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
505       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
506       w_subs = 0.0_wp
507    ENDIF
[1299]508
509!
[1400]510!-- ID-array and state-space-array for the parallel random number generator
511    IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
512       ALLOCATE ( seq_random_array(5,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
513       ALLOCATE ( id_random_array(0:ny,0:nx) )
514       seq_random_array = 0
515       id_random_array  = 0
516    ENDIF
517   
518!
[138]519!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
520    IF ( plant_canopy ) THEN
[667]521       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
522                  lad_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
523                  lad_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
524                  lad_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
525                  cdc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[153]526
527       IF ( passive_scalar ) THEN
[996]528          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
[667]529                     sec(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ) 
[153]530       ENDIF
531
[1340]532       IF ( cthf /= 0.0_wp ) THEN
[996]533          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
[667]534                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[153]535       ENDIF
536
[138]537    ENDIF
538
539!
[51]540!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
541    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[667]542       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg,1:4) )
[1340]543       rif_wall = 0.0_wp
[51]544    ENDIF
545
546!
[106]547!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
548!-- are needed for radiation boundary conditions
[73]549    IF ( outflow_l )  THEN
[667]550       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2), &
551                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1), &
552                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
[73]553    ENDIF
554    IF ( outflow_r )  THEN
[667]555       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
556                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
557                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
[73]558    ENDIF
[106]559    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
[667]560       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng), &
561                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
[106]562    ENDIF
[73]563    IF ( outflow_s )  THEN
[667]564       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg), &
565                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg), &
566                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
[73]567    ENDIF
568    IF ( outflow_n )  THEN
[667]569       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
570                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
571                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
[73]572    ENDIF
[106]573    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[667]574       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), &
575                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
[106]576    ENDIF
[996]577    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[978]578       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
579       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
580    ENDIF
[73]581
[978]582
[1010]583#if ! defined( __nopointer )
[73]584!
[1]585!-- Initial assignment of the pointers
[1001]586    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
[1032]587    IF ( .NOT. neutral )  THEN
588       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
589    ELSE
590       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
591    ENDIF
[1001]592    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
593    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
594    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
[1]595
[1001]596    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
597       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
[1053]598       IF ( humidity )  THEN
599          vpt  => vpt_1   
600          IF ( cloud_physics )  THEN
601             ql => ql_1
602             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
[1115]603                qc => qc_1
604                IF ( precipitation )  THEN
605                   qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
606                   nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
607                ENDIF
[1053]608             ENDIF
609          ENDIF
610       ENDIF
[1001]611       IF ( cloud_droplets )  THEN
612          ql   => ql_1
613          ql_c => ql_2
[1]614       ENDIF
[1001]615    ENDIF
[1]616
[1001]617    IF ( ocean )  THEN
618       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
619    ENDIF
[1010]620#endif
[1]621
622!
[709]623!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
624!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
625!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
626!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
627!-- will be set.
628    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max), &
[673]629              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
[1340]630    weight_substep = 1.0_wp
631    weight_pres    = 1.0_wp
[709]632    intermediate_timestep_count = 1  ! needed when simulated_time = 0.0
[673]633       
[1402]634    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[673]635!
[1]636!-- Initialize model variables
[147]637    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
[328]638         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
[1]639!
640!--    First model run of a possible job queue.
641!--    Initial profiles of the variables must be computes.
642       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
[1384]643
[1402]644          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
[1]645!
646!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
647!--       start 1D model
648          CALL init_1d_model
649!
650!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
[667]651          DO  i = nxlg, nxrg
652             DO  j = nysg, nyng
[1]653                e(:,j,i)  = e1d
654                kh(:,j,i) = kh1d
655                km(:,j,i) = km1d
656                pt(:,j,i) = pt_init
657                u(:,j,i)  = u1d
658                v(:,j,i)  = v1d
659             ENDDO
660          ENDDO
661
[75]662          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[667]663             DO  i = nxlg, nxrg
664                DO  j = nysg, nyng
[1]665                   q(:,j,i) = q_init
666                ENDDO
667             ENDDO
[1353]668             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
[1115]669                  precipitation )  THEN
[1053]670                DO  i = nxlg, nxrg
671                   DO  j = nysg, nyng
[1340]672                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
673                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]674                   ENDDO
675                ENDDO
[1115]676!
677!--             Initialze nc_1d with default value
678                nc_1d(:) = nc_const
679
[1053]680             ENDIF
[1]681          ENDIF
682
683          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
[667]684             DO  i = nxlg, nxrg
685                DO  j = nysg, nyng
[1]686                   e(:,j,i)  = e1d
687                ENDDO
688             ENDDO
689!
690!--          Store initial profiles for output purposes etc.
691             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
692
693             IF ( prandtl_layer )  THEN
694                rif  = rif1d(nzb+1)
[1340]695                ts   = 0.0_wp  ! could actually be computed more accurately in the
696                               ! 1D model. Update when opportunity arises.
[1]697                us   = us1d
698                usws = usws1d
699                vsws = vsws1d
700             ELSE
[1340]701                ts   = 0.0_wp  ! must be set, because used in
702                rif  = 0.0_wp  ! flowste
703                us   = 0.0_wp
704                usws = 0.0_wp
705                vsws = 0.0_wp
[1]706             ENDIF
707
708          ELSE
[1340]709             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
710             rif  = 0.0_wp  ! flowste
711             ts   = 0.0_wp
712             us   = 0.0_wp
713             usws = 0.0_wp
714             vsws = 0.0_wp
[1]715          ENDIF
[102]716          uswst = top_momentumflux_u
717          vswst = top_momentumflux_v
[1]718
719!
720!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
721!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
722!--       Update when opportunity arises!
[1053]723          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]724             qs = 0.0_wp
[1353]725             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
[1115]726                  precipitation )  THEN
[1340]727                qrs = 0.0_wp
728                nrs = 0.0_wp
[1053]729             ENDIF
730          ENDIF
[1]731
732!
733!--       inside buildings set velocities back to zero
734          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
735             DO  i = nxl-1, nxr+1
736                DO  j = nys-1, nyn+1
[1340]737                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
738                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
[1]739                ENDDO
740             ENDDO
[667]741             
[1]742!
743!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
744!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
745!--                   below the topography; need to correct later
746!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
747!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
748!--                     the topography.
[667]749             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
750!
[1]751!--             Neumann condition
752                DO  i = nxl-1, nxr+1
753                   DO  j = nys-1, nyn+1
754                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
755                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
756                   ENDDO
757                ENDDO
758
759             ENDIF
760
761          ENDIF
762
[1402]763          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]764
[1]765       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
766       THEN
[1241]767
[1402]768          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
[1]769!
[1241]770!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
771          IF ( nudging ) THEN
772             pt_init = ptnudge(:,1)
773             u_init  = unudge(:,1)
774             v_init  = vnudge(:,1)
775             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
776                q_init = qnudge(:,1)
777             ENDIF
778
779             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ', &
780                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
781             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
782          ENDIF
783
784!
[1]785!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
786!--       temperature profile with constant gradient)
[667]787          DO  i = nxlg, nxrg
788             DO  j = nysg, nyng
[1]789                pt(:,j,i) = pt_init
790                u(:,j,i)  = u_init
791                v(:,j,i)  = v_init
792             ENDDO
793          ENDDO
[75]794
[1]795!
[292]796!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
797!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
798!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
799!--       in the limiting formula!). The original values are stored to be later
800!--       used for volume flow control.
[1411]801          IF ( ibc_uv_b /= 1 .AND. ( .NOT. bc_lr_dirrad .AND.                 &
802                                     .NOT. bc_lr_raddir .AND.                 &
803                                     .NOT. bc_ns_dirrad .AND.                 &
804                                     .NOT. bc_ns_raddir ) )  THEN   
[1406]805             DO  i = nxlg, nxrg
806                DO  j = nysg, nyng
807                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
808                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
809                ENDDO
[1]810             ENDDO
[1406]811          ENDIF
[1]812
[75]813          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[667]814             DO  i = nxlg, nxrg
815                DO  j = nysg, nyng
[1]816                   q(:,j,i) = q_init
817                ENDDO
818             ENDDO
[1115]819             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0 )  THEN
820!
821!--             Initialze nc_1d with default value
822                nc_1d(:) = nc_const
823
824                IF ( precipitation )  THEN
825                   DO  i = nxlg, nxrg
826                      DO  j = nysg, nyng
[1340]827                         qr(:,j,i) = 0.0_wp
828                         nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1115]829                      ENDDO
[1053]830                   ENDDO
[1115]831                ENDIF
832
[1053]833             ENDIF
[1]834          ENDIF
835
[94]836          IF ( ocean )  THEN
[667]837             DO  i = nxlg, nxrg
838                DO  j = nysg, nyng
[94]839                   sa(:,j,i) = sa_init
840                ENDDO
841             ENDDO
842          ENDIF
[1]843         
844          IF ( constant_diffusion )  THEN
845             km   = km_constant
846             kh   = km / prandtl_number
[1340]847             e    = 0.0_wp
848          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
[108]849             DO  k = nzb+1, nzt
[1340]850                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
[108]851             ENDDO
852             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
853             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
854             kh   = km / prandtl_number
855             e    = e_init
[1]856          ELSE
[108]857             IF ( .NOT. ocean )  THEN
[1340]858                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
859                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
[108]860                              ! production terms, as long as not yet
861                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
862             ELSE
[1340]863                kh   = 0.00001_wp
864                km   = 0.00001_wp
[108]865             ENDIF
[1340]866             e    = 0.0_wp
[1]867          ENDIF
[1340]868          rif   = 0.0_wp
869          ts    = 0.0_wp
870          us    = 0.0_wp
871          usws  = 0.0_wp
[102]872          uswst = top_momentumflux_u
[1340]873          vsws  = 0.0_wp
[102]874          vswst = top_momentumflux_v
[1340]875          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0_wp
[1]876
877!
878!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
879!--       of a sloping surface
880          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
881
[1402]882          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]883
[46]884       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
885       THEN
[1384]886
[1402]887          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
[46]888!
889!--       Initialization will completely be done by the user
890          CALL user_init_3d_model
891
[1402]892          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]893
[1]894       ENDIF
[1384]895
[1402]896       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
897                              .FALSE. )
[1384]898
[667]899!
900!--    Bottom boundary
901       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
[1340]902          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
903          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
[667]904       ENDIF
[1]905
906!
[151]907!--    Apply channel flow boundary condition
[132]908       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
[1340]909          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
910          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
[132]911       ENDIF
912
913!
[1]914!--    Calculate virtual potential temperature
[1340]915       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
[1]916
917!
918!--    Store initial profiles for output purposes etc.
919       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
920       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[667]921       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
[1340]922          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
923          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
[1]924       ENDIF
925       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
926       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
927       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
928
[97]929       IF ( ocean )  THEN
930!
931!--       Store initial salinity profile
932          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
933       ENDIF
[1]934
[75]935       IF ( humidity )  THEN
[1]936!
937!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
938!--       temperature
939          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
940          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
941          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
942!
943!--          Store initial profile of specific humidity and potential
944!--          temperature
945             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
946             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
947          ENDIF
948       ENDIF
949
950       IF ( passive_scalar )  THEN
951!
952!--       Store initial scalar profile
953          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
954       ENDIF
955
956!
[1400]957!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
958       CALL random_function_ini
[1429]959       
[1400]960       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
[1429]961!--       Asigning an ID to every vertical gridpoint column
962!--       dependig on the ensemble run number.
963          random_dummy=1
[1400]964          DO j=0,ny
965             DO i=0,nx
[1429]966                id_random_array(j,i) = random_dummy + 1E6 * ( ensemble_member_nr - 1000 )
967                random_dummy = random_dummy + 1
[1400]968             END DO
969          ENDDO
[1429]970!--       Initializing with random_seed_parallel for every vertical
971!--       gridpoint column.
972          random_dummy=0
[1400]973          DO j = nysg, nyng
974             DO i = nxlg, nxrg
975                CALL random_seed_parallel (random_sequence=id_random_array(j, i))
976                CALL random_number_parallel (random_dummy)
977                CALL random_seed_parallel (get=seq_random_array(:, j, i))
978             END DO
979          ENDDO
980       ENDIF
981
982!
[19]983!--    Initialize fluxes at bottom surface
[1]984       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
985
986          IF ( constant_heatflux )  THEN
987!
988!--          Heat flux is prescribed
989             IF ( random_heatflux )  THEN
990                CALL disturb_heatflux
991             ELSE
992                shf = surface_heatflux
993!
[1241]994!--             Initialize shf with data from external file LSF_DATA
995                IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) THEN
996                   CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
997                ENDIF
998
999!
[1]1000!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
1001                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
[667]1002                   DO  i = nxlg, nxrg
1003                      DO  j = nysg, nyng
[1]1004                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1005                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
1006                         ENDIF
1007                      ENDDO
1008                   ENDDO
1009                ENDIF
1010             ENDIF
1011          ENDIF
1012
1013!
1014!--       Determine the near-surface water flux
[75]1015          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1115]1016             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1017                  precipitation )  THEN
[1340]1018                qrsws = 0.0_wp
1019                nrsws = 0.0_wp
[1053]1020             ENDIF
[1]1021             IF ( constant_waterflux )  THEN
1022                qsws   = surface_waterflux
[407]1023!
1024!--             Over topography surface_waterflux is replaced by
1025!--             wall_humidityflux(0)
1026                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
1027                   wall_qflux = wall_humidityflux
[667]1028                   DO  i = nxlg, nxrg
1029                      DO  j = nysg, nyng
[407]1030                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1031                            qsws(j,i) = wall_qflux(0)
1032                         ENDIF
1033                      ENDDO
1034                   ENDDO
1035                ENDIF
[1]1036             ENDIF
1037          ENDIF
1038
1039       ENDIF
1040
1041!
[19]1042!--    Initialize fluxes at top surface
[94]1043!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
1044!--    The latent flux is zero in this case!
[19]1045       IF ( use_top_fluxes )  THEN
1046
1047          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
1048!
1049!--          Heat flux is prescribed
1050             tswst = top_heatflux
1051
[1053]1052             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1053                qswst = 0.0_wp
[1115]1054                IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1055                     precipitation ) THEN
[1340]1056                   nrswst = 0.0_wp
1057                   qrswst = 0.0_wp
[1053]1058                ENDIF
1059             ENDIF
[94]1060
1061             IF ( ocean )  THEN
[95]1062                saswsb = bottom_salinityflux
[94]1063                saswst = top_salinityflux
1064             ENDIF
[102]1065          ENDIF
[19]1066
[102]1067!
1068!--       Initialization in case of a coupled model run
1069          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
[1340]1070             tswst = 0.0_wp
[102]1071          ENDIF
1072
[19]1073       ENDIF
1074
1075!
[1]1076!--    Initialize Prandtl layer quantities
1077       IF ( prandtl_layer )  THEN
1078
1079          z0 = roughness_length
[978]1080          z0h = z0h_factor * z0
[1]1081
1082          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
1083!
1084!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
1085!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
1086!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
1087!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
1088!--          value in the course of the first few time steps.
[1340]1089             shf   = 0.0_wp
[1]1090          ENDIF
1091
[75]1092          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1093             IF ( .NOT. constant_waterflux )  qsws   = 0.0_wp
[1115]1094             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1095                  precipitation )  THEN
[1340]1096                qrsws = 0.0_wp
1097                nrsws = 0.0_wp
[1053]1098             ENDIF
[1]1099          ENDIF
1100
1101       ENDIF
1102
[1179]1103!
1104!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1105!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1106       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1107          IF ( .NOT. humidity )  THEN
1108             ref_state(:) = pt_reference
1109          ELSE
1110             ref_state(:) = vpt_reference
1111          ENDIF
1112       ELSE
1113          IF ( .NOT. humidity )  THEN
1114             ref_state(:) = pt_init(:)
1115          ELSE
1116             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1117          ENDIF
1118       ENDIF
[152]1119
1120!
[707]1121!--    For the moment, vertical velocity is zero
[1340]1122       w = 0.0_wp
[1]1123
1124!
1125!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
[1340]1126       sums = 0.0_wp
[1]1127
1128!
[707]1129!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
[1340]1130       IF ( psolver == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
[707]1131
1132!
[72]1133!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1134!--    are zero at beginning of the simulation
1135       IF ( cloud_physics )  THEN
[1340]1136          ql = 0.0_wp
1137          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0_wp
[1115]1138          IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
[1340]1139             qc = 0.0_wp
[1115]1140             nc_1d = nc_const
1141          ENDIF
[72]1142       ENDIF
[673]1143!
[1]1144!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1145       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1146          CALL init_rankine
1147       ENDIF
1148
1149!
1150!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1151       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1152          CALL init_pt_anomaly
1153       ENDIF
1154
1155!
1156!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
[1340]1157       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
[1]1158          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1159       ENDIF
1160
1161!
1162!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1163!--    run
[75]1164       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
[1340]1165            q_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
[1]1166          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1167       ENDIF
1168
1169!
1170!--    Initialize old and new time levels.
[1340]1171       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]1172       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1173
[75]1174       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1175          tq_m = 0.0_wp
[1]1176          q_p = q
[1115]1177          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1178               precipitation )  THEN
[1340]1179             tqr_m = 0.0_wp
[1053]1180             qr_p = qr
[1340]1181             tnr_m = 0.0_wp
[1053]1182             nr_p = nr
1183          ENDIF
[1]1184       ENDIF
1185
[94]1186       IF ( ocean )  THEN
[1340]1187          tsa_m = 0.0_wp
[94]1188          sa_p  = sa
1189       ENDIF
[667]1190       
[1402]1191       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[94]1192
[147]1193    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
[667]1194         TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  &
[1]1195    THEN
[1384]1196
[1402]1197       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1198                              .FALSE. )
[1]1199!
[767]1200!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1201!--    some of the global variables from the restart file which are required
1202!--    for initializing the inflow
[328]1203       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
[559]1204
[759]1205          DO  i = 0, io_blocks-1
1206             IF ( i == io_group )  THEN
1207                CALL read_parts_of_var_list
1208                CALL close_file( 13 )
1209             ENDIF
1210#if defined( __parallel )
1211             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1212#endif
1213          ENDDO
[328]1214
[767]1215       ENDIF
1216
[151]1217!
[767]1218!--    Read binary data from restart file
1219       DO  i = 0, io_blocks-1
1220          IF ( i == io_group )  THEN
1221             CALL read_3d_binary
1222          ENDIF
1223#if defined( __parallel )
1224          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1225#endif
1226       ENDDO
1227
[328]1228!
[767]1229!--    Initialization of the turbulence recycling method
1230       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.  &
1231            turbulent_inflow )  THEN
1232!
1233!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1234!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1235!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1236!--       for u,v-components can be used.
1237          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
[151]1238
[767]1239          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1240             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1241             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1242          ELSE
[328]1243             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1244             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
[767]1245          ENDIF
1246          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1247          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
[151]1248
1249!
[767]1250!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1251!--       profiles
1252          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1253             DO  i = nxlg, nxrg
[667]1254                DO  j = nysg, nyng
[328]1255                   DO  k = nzb, nzt+1
[767]1256                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1257                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
[328]1258                   ENDDO
[151]1259                ENDDO
[767]1260             ENDDO
1261          ENDIF
[151]1262
1263!
[767]1264!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1265!--       conditions are used)
1266          IF ( inflow_l )  THEN
1267             DO  j = nysg, nyng
1268                DO  k = nzb, nzt+1
1269                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1270                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
[1340]1271                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
[767]1272                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1273                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
1274                ENDDO
1275             ENDDO
1276          ENDIF
1277
[151]1278!
[767]1279!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1280!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1281!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1282!--       in time.
[1340]1283          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
[767]1284!
1285!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1286!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1287!--          specified.
[1340]1288             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
[767]1289                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1290             ELSE
1291                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',&
1292                     'explicitly specified because&the inversion height ', &
1293                     'calculated by the prerun is zero.'
1294                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
[292]1295             ENDIF
[151]1296
[767]1297          ENDIF
1298
[1340]1299          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
[151]1300!
[767]1301!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1302!--          layer
[1340]1303             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
[151]1304
[767]1305          ENDIF
[151]1306
[767]1307          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
[151]1308
[767]1309          DO  k = nzb, nzt+1
[151]1310
[767]1311             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
[1340]1312                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
[996]1313             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
[1340]1314                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
[996]1315                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1316                                           inflow_damping_width
[767]1317             ELSE
[1340]1318                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
[767]1319             ENDIF
[151]1320
[767]1321          ENDDO
[151]1322
[147]1323       ENDIF
1324
[152]1325!
[359]1326!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
1327       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.  &
1328            topography /= 'flat' )  THEN
1329!
1330!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1331!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1332!--       maybe revise later.
[1001]1333          DO  i = nxlg, nxrg
1334             DO  j = nysg, nyng
[1340]1335                u  (nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1336                v  (nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1337                w  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1338                e  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1339                tu_m(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1340                tv_m(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1341                tw_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1342                te_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1343                tpt_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
[359]1344             ENDDO
[1001]1345          ENDDO
[359]1346
1347       ENDIF
1348
1349!
[1]1350!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1351!--    of a sloping surface
1352       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1353
1354!
1355!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1356!--    including ghost points)
1357       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
[1053]1358       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1359          q_p = q
[1115]1360          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1361               precipitation )  THEN
[1053]1362             qr_p = qr
1363             nr_p = nr
1364          ENDIF
1365       ENDIF
[94]1366       IF ( ocean )  sa_p = sa
[1]1367
[181]1368!
1369!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1370!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1371!--    there before they are set.
[1340]1372       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]1373       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1374          tq_m = 0.0_wp
[1115]1375          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1376               precipitation )  THEN
[1340]1377             tqr_m = 0.0_wp
1378             tnr_m = 0.0_wp
[1053]1379          ENDIF
1380       ENDIF
[1340]1381       IF ( ocean )  tsa_m = 0.0_wp
[181]1382
[1402]1383       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1384
[1]1385    ELSE
1386!
1387!--    Actually this part of the programm should not be reached
[254]1388       message_string = 'unknown initializing problem'
1389       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]1390    ENDIF
1391
[151]1392
1393    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
[1]1394!
[151]1395!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1396       IF ( outflow_l )  THEN
1397          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1398          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1399          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1400       ENDIF
1401       IF ( outflow_r )  THEN
1402          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1403          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1404          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1405       ENDIF
1406       IF ( outflow_s )  THEN
1407          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1408          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1409          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1410       ENDIF
1411       IF ( outflow_n )  THEN
1412          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1413          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1414          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1415       ENDIF
[667]1416       
[151]1417    ENDIF
[680]1418
[667]1419!
1420!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
[709]1421    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
[151]1422
[767]1423       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
[667]1424
[1340]1425          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1426          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1427
[667]1428          IF ( nxr == nx )  THEN
1429             DO  j = nys, nyn
[709]1430                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
[667]1431                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
[767]1432                                              u_init(k) * dzw(k)
1433                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1434                ENDDO
1435             ENDDO
1436          ENDIF
1437         
1438          IF ( nyn == ny )  THEN
1439             DO  i = nxl, nxr
1440                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1441                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1442                                              v_init(k) * dzw(k)
1443                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1444                ENDDO
1445             ENDDO
1446          ENDIF
1447
1448#if defined( __parallel )
1449          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1450                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1451          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1452                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1453
1454#else
1455          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1456          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1457#endif 
1458
1459       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1460
[1340]1461          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1462          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[767]1463
1464          IF ( nxr == nx )  THEN
1465             DO  j = nys, nyn
1466                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1467                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
[667]1468                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)
1469                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1470                ENDDO
1471             ENDDO
1472          ENDIF
1473         
1474          IF ( nyn == ny )  THEN
1475             DO  i = nxl, nxr
[709]1476                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
[667]1477                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
[709]1478                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)
[667]1479                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1480                ENDDO
1481             ENDDO
1482          ENDIF
1483
[732]1484#if defined( __parallel )
1485          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1486                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1487          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1488                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1489
1490#else
1491          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1492          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1493#endif 
1494
[667]1495       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1496
[1340]1497          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1498          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1499
[667]1500          IF ( nxr == nx )  THEN
1501             DO  j = nys, nyn
[709]1502                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
[667]1503                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
[709]1504                                              u(k,j,nx) * dzw(k)
[667]1505                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1506                ENDDO
1507             ENDDO
1508          ENDIF
1509         
1510          IF ( nyn == ny )  THEN
1511             DO  i = nxl, nxr
[709]1512                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
[667]1513                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1514                                              v(k,ny,i) * dzw(k)
1515                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1516                ENDDO
1517             ENDDO
1518          ENDIF
1519
1520#if defined( __parallel )
[732]1521          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1522                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1523          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1524                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[667]1525
1526#else
[732]1527          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1528          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
[667]1529#endif 
1530
[732]1531       ENDIF
1532
[151]1533!
[709]1534!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1535!--    from u|v_bulk instead
[680]1536       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1537          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1538          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1539       ENDIF
[667]1540
[680]1541    ENDIF
1542
[787]1543!
1544!-- Initialize quantities for special advections schemes
1545    CALL init_advec
[680]1546
[667]1547!
[680]1548!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1549!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
1550    IF ( create_disturbances .AND. &
1551         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
1552         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1553
[1402]1554       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
[680]1555       CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
1556       CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
[1402]1557       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1558
[1402]1559       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
[680]1560       n_sor = nsor_ini
[1221]1561       !$acc data copyin( d, ddzu, ddzw, nzb_s_inner, nzb_u_inner )            &
1562       !$acc      copyin( nzb_v_inner, nzb_w_inner, p, rflags_s_inner, tend )  &
1563       !$acc      copyin( weight_pres, weight_substep )                        &
1564       !$acc      copy( tri, tric, u, v, w )
[680]1565       CALL pres
[1111]1566       !$acc end data
[680]1567       n_sor = nsor
[1402]1568       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1569
[680]1570    ENDIF
1571
1572!
[138]1573!-- Initialization of the leaf area density
[709]1574    IF ( plant_canopy )  THEN
[138]1575 
1576       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1577
1578          CASE( 'block' )
1579
[667]1580             DO  i = nxlg, nxrg
1581                DO  j = nysg, nyng
[138]1582                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1583                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
[709]1584                   IF ( passive_scalar )  THEN
[153]1585                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1586                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1587                   ENDIF
[138]1588                ENDDO
1589             ENDDO
1590
1591          CASE DEFAULT
1592
1593!
1594!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1595!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1596!--          user has coded a special case in the user interface.
1597!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1598!--          which of these two conditions applies.
1599             CALL user_init_plant_canopy
1600 
1601          END SELECT
1602
[667]1603       CALL exchange_horiz( lad_s, nbgp )
1604       CALL exchange_horiz( cdc, nbgp )
[138]1605
[709]1606       IF ( passive_scalar )  THEN
[667]1607          CALL exchange_horiz( sls, nbgp )
1608          CALL exchange_horiz( sec, nbgp )
[153]1609       ENDIF
1610
1611!
1612!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1613!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1614!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1615!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1616!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1617
[138]1618       DO  i = nxl, nxr
1619          DO  j = nys, nyn
1620             DO  k = nzb, nzt+1 
[1340]1621                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0_wp )  THEN
[153]1622                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1623                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1624                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1625                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1626                ENDIF
[138]1627             ENDDO
1628             DO  k = nzb, nzt
[1340]1629                lad_w(k,j,i) = 0.5_wp * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
[138]1630             ENDDO
1631          ENDDO
1632       ENDDO
1633
[1340]1634       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0_wp
[153]1635       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
[138]1636
[667]1637       CALL exchange_horiz( lad_u, nbgp )
1638       CALL exchange_horiz( lad_v, nbgp )
1639       CALL exchange_horiz( lad_w, nbgp )
[153]1640
1641!
1642!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
[1340]1643       IF ( cthf /= 0.0_wp )  THEN
[153]1644!
1645!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1646!--       integration of the leaf area density
[1340]1647          lai(:,:,:) = 0.0_wp
[667]1648          DO  i = nxlg, nxrg
1649             DO  j = nysg, nyng
[153]1650                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1651                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
[1340]1652                                ( 0.5_wp * ( lad_w(k+1,j,i) +    &
[153]1653                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1654                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
[1340]1655                                ( 0.5_wp * ( lad_w(k,j,i)   +    &
[153]1656                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1657                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1658                ENDDO
1659             ENDDO
1660          ENDDO
1661
1662!
1663!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1664!--       canopy
[667]1665          DO  i = nxlg, nxrg
1666             DO  j = nysg, nyng
[153]1667                DO  k = 0, pch_index
1668                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
[1340]1669                                             exp( -0.6_wp * lai(k,j,i) )
[153]1670                ENDDO
1671             ENDDO
1672          ENDDO
1673
1674!
1675!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1676!--       distribution within the canopy
1677          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1678
1679       ENDIF
1680
[138]1681    ENDIF
1682
1683!
[1]1684!-- If required, initialize dvrp-software
[1340]1685    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
[1]1686
[96]1687    IF ( ocean )  THEN
[1]1688!
[96]1689!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1690       CALL init_ocean
[388]1691
[96]1692    ELSE
1693!
1694!--    Initialize quantities for handling cloud physics
[849]1695!--    This routine must be called before lpm_init, because
[96]1696!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
[849]1697!--    lpm_init) is not defined.
[96]1698       CALL init_cloud_physics
1699    ENDIF
[1]1700
1701!
1702!-- If required, initialize particles
[849]1703    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
[1]1704
1705!
[673]1706!-- Initialize the ws-scheme.   
1707    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
[1]1708
1709!
[709]1710!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
1711!-- and turbulent quantities from the RK substeps               
1712    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1713
[1322]1714       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
1715       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
1716       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
[709]1717
[1322]1718       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
1719       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
1720       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
[709]1721
1722    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1723
[1322]1724       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
1725       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
[673]1726         
[1322]1727       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
1728       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
[709]1729
[1001]1730    ELSE                                     ! for Euler-method
[709]1731
[1340]1732       weight_substep(1) = 1.0_wp     
1733       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
[709]1734
[673]1735    ENDIF
1736
1737!
[1]1738!-- Initialize Rayleigh damping factors
[1340]1739    rdf    = 0.0_wp
1740    rdf_sc = 0.0_wp
1741    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
[108]1742       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1743          DO  k = nzb+1, nzt
1744             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1745                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
[1340]1746                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
1747                                         / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
[1]1748                      )**2
[108]1749             ENDIF
1750          ENDDO
1751       ELSE
1752          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1753             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1754                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
[1340]1755                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
1756                                         / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
[108]1757                      )**2
1758             ENDIF
1759          ENDDO
1760       ENDIF
[1]1761    ENDIF
[785]1762    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
[1]1763
1764!
[240]1765!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1766!-- the external pressure gradient
[1340]1767    dp_smooth_factor = 1.0_wp
[240]1768    IF ( dp_external )  THEN
1769!
1770!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1771!--    (e.g. in init_grid).
1772       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1773          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1774          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1775                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1776       ENDIF
1777       IF ( dp_smooth )  THEN
[1340]1778          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
[240]1779          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
[1340]1780             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
1781                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
1782                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
[240]1783          ENDDO
1784       ENDIF
1785    ENDIF
1786
1787!
[978]1788!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1789!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1790!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
[1340]1791    ptdf_x = 0.0_wp
1792    ptdf_y = 0.0_wp
[1159]1793    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
[996]1794       DO  i = nxl, nxr
[978]1795          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
[1340]1796             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
1797                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
1798                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp )            ) ) )**2 
[73]1799          ENDIF
1800       ENDDO
[1159]1801    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
[996]1802       DO  i = nxl, nxr
[978]1803          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]1804             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1805                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1806                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
1807                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[73]1808          ENDIF
[978]1809       ENDDO 
[1159]1810    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
[996]1811       DO  j = nys, nyn
[978]1812          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]1813             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1814                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1815                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
1816                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]1817          ENDIF
[978]1818       ENDDO 
[1159]1819    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
[996]1820       DO  j = nys, nyn
[978]1821          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
[1322]1822             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1823                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1824                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
1825                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]1826          ENDIF
[73]1827       ENDDO
[1]1828    ENDIF
1829
1830!
[709]1831!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1832!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1833!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1834!-- are never initialized)
[1340]1835    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1836    sums_divold_l      = 0.0_wp
1837    sums_l_l           = 0.0_wp
1838    sums_up_fraction_l = 0.0_wp
1839    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
[1]1840
1841!
1842!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
[1015]1843!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
1844!-- would bias the statistics
[1340]1845    rmask = 1.0_wp
1846    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
1847    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
[1]1848
1849!
[51]1850!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
[709]1851!-- of allowed timeseries is exceeded
[1]1852    CALL user_init
1853
[51]1854    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
[254]1855       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds', &
[274]1856                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,    &
[254]1857                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1858       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
[51]1859    ENDIF
1860
[1]1861!
1862!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1863!-- after call of user_init!
1864    CALL close_file( 13 )
1865
1866!
1867!-- Compute total sum of active mask grid points
1868!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1869!--          total domain
1870!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
[132]1871    ngp_2dh_outer_l   = 0
1872    ngp_2dh_outer     = 0
1873    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1874    ngp_2dh_s_inner   = 0
1875    ngp_2dh_l         = 0
1876    ngp_2dh           = 0
[1340]1877    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
[132]1878    ngp_3d_inner      = 0
1879    ngp_3d            = 0
1880    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
[1]1881
1882    DO  sr = 0, statistic_regions
1883       DO  i = nxl, nxr
1884          DO  j = nys, nyn
[1340]1885             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
[1]1886!
1887!--             All xy-grid points
1888                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1889!
1890!--             xy-grid points above topography
1891                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1892                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1893                ENDDO
[132]1894                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1895                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1896                ENDDO
[1]1897!
1898!--             All grid points of the total domain above topography
1899                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1900                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1901             ENDIF
1902          ENDDO
1903       ENDDO
1904    ENDDO
1905
1906    sr = statistic_regions + 1
1907#if defined( __parallel )
[622]1908    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1909    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,   &
[1]1910                        comm2d, ierr )
[622]1911    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1912    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,  &
[1]1913                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]1914    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1915    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),         &
[132]1916                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]1917    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[485]1918    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL, &
[1]1919                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
[485]1920    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]1921#else
[132]1922    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1923    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1924    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
[485]1925    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]1926#endif
1927
[560]1928    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
1929             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]1930
1931!
1932!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1933!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1934!-- the respective subdomain lie below the surface topography
[667]1935    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
[631]1936    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),            &
1937                           ngp_3d_inner(:) )
[667]1938    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
[1]1939
[485]1940    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
[1]1941
[1402]1942    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
[1]1943
1944 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.