source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1834

Last change on this file since 1834 was 1834, checked in by raasch, 8 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 70.0 KB
RevLine 
[1682]1!> @file init_3d_model.f90
[1036]2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
[1818]16! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
[1036]17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
[254]19! Current revisions:
[732]20! ------------------
[1834]21!
22!
[1485]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: init_3d_model.f90 1834 2016-04-07 14:34:20Z raasch $
26!
[1834]27! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
28! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
29!
[1832]30! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
31! turbulence renamed collision_turbulence
32!
[1827]33! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
34! Renamed radiation calls.
35! Renamed canopy model calls.
36!
[1823]37! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
38! icloud_scheme replaced by microphysics_*
39!
[1818]40! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
41! Renamed lsm calls.
42!
[1816]43! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
44! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
45! in r1762)
46!
[1789]47! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
48! Added z0q.
49! Syntax layout improved.
50!
[1784]51! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
52! netcdf module name changed + related changes
53!
[1765]54! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
55! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
56!
[1763]57! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
58! Introduction of nested domain feature
59!
[1739]60! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
61! calculate mean surface level height for each statistic region
62!
[1735]63! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
64! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
65! set zero
66!
[1708]67! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
68! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
69! devision by zero in neutral stratification
70!
[1692]71! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
72! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
73!
[1683]74! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
75! Code annotations made doxygen readable
76!
[1616]77! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
78! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
79!
[1586]80! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
81! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
82!
[1576]83! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
84! adjustments for psolver-queries
85!
[1552]86! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
[1817]87! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
[1552]88! which is part of land_surface_model.
89!
[1508]90! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
91! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
92!
[1497]93! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
94! Added initialization of the land surface and radiation schemes
95!
[1485]96! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
[1484]97! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
[1508]98! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
99! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
100! call of subroutine init_plant_canopy added.
[1341]101!
[1432]102! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
103! var_d added, in order to normalize spectra.
104!
[1430]105! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
106! Ensemble run capability added to parallel random number generator
107!
[1412]108! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
109! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
110! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
111!
[1407]112! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
113! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
114! no-slip boundary condition for uv
115!
[1403]116! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
117! location messages modified
118!
[1401]119! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
120! Parallel random number generator added
121!
[1385]122! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
123! location messages added
124!
[1362]125! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
126! tend_* removed
127! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
128!
[1360]129! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
130! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
131! module
132!
[1354]133! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
134! REAL constants provided with KIND-attribute
135!
[1341]136! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
137! REAL constants defined as wp-kind
138!
[1323]139! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
140! REAL constants defined as wp-kind
141! module interfaces removed
142!
[1321]143! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
144! ONLY-attribute added to USE-statements,
145! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
146! kinds are defined in new module kinds,
147! revision history before 2012 removed,
148! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
149! all variable declaration statements
150!
[1317]151! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
152! Bugfix: allocation of w_subs
153!
[1300]154! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
155! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
156! with large scale forcing data (LSF_DATA)
157!
[1242]158! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
159! Overwrite initial profiles in case of nudging
160! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
161!
[1222]162! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
163! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
164! copy
165!
[1213]166! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
167! array tri is allocated and included in data copy statement
168!
[1196]169! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
170! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
171!
[1182]172! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
173! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
174!
[1172]175! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
176! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
177!
[1160]178! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
179! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
180!
[1154]181! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
182! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
[1171]183! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
[1154]184!
[1116]185! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
186! unused variables removed
187!
[1114]188! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
189! openACC directive modified
190!
[1112]191! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
192! openACC directives added for pres
193! array diss allocated only if required
194!
[1093]195! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
196! unused variables removed
197!
[1066]198! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
199! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
200!
[1054]201! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]202! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
203! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
204! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
205! +tend_*, prr
[979]206!
[1037]207! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
208! code put under GPL (PALM 3.9)
209!
[1033]210! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
211! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
212!
[1026]213! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
214! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
215!
[1017]216! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
217! mask is set to zero for ghost boundaries
218!
[1011]219! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
220! cpp switch __nopointer added for pointer free version
221!
[1004]222! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
223! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
224!
[1002]225! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
226! all actions concerning leapfrog scheme removed
227!
[997]228! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
229! little reformatting
230!
[979]231! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]232! outflow damping layer removed
233! roughness length for scalar quantites z0h added
234! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
235! boundaries added
236! initialization of ptdf_x, ptdf_y
237! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
[708]238!
[850]239! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
240! init_particles renamed lpm_init
241!
[826]242! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
243! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
244!
[1]245! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
246! Initial revision
247!
248!
249! Description:
250! ------------
[1682]251!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
252!> a) pre-run the 1D model
253!> or
254!> b) pre-set constant linear profiles
255!> or
256!> c) read values of a previous run
[1]257!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]258 SUBROUTINE init_3d_model
259 
[1]260
[667]261    USE advec_ws
[1320]262
[1]263    USE arrays_3d
[1320]264   
265    USE cloud_parameters,                                                      &
[1831]266        ONLY:  collision_turbulence, nc_const, precipitation_amount,           &
267               precipitation_rate, prr
[1320]268   
269    USE constants,                                                             &
270        ONLY:  pi
271   
[1]272    USE control_parameters
[1320]273   
274    USE grid_variables,                                                        &
275        ONLY:  dx, dy
276   
[1]277    USE indices
[1359]278
[1429]279    USE lpm_init_mod,                                                          &
[1359]280        ONLY:  lpm_init
[1320]281   
282    USE kinds
[1496]283
284    USE land_surface_model_mod,                                                &
[1817]285        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays, land_surface
[1496]286 
[1241]287    USE ls_forcing_mod
[1320]288   
289    USE model_1d,                                                              &
290        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d 
291   
[1783]292    USE netcdf_interface,                                                      &
293        ONLY:  dots_max, dots_num
[1320]294   
295    USE particle_attributes,                                                   &
296        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
297   
[1]298    USE pegrid
[1320]299   
[1484]300    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
[1826]301        ONLY:  pcm_init, plant_canopy
[1496]302
303    USE radiation_model_mod,                                                   &
[1826]304        ONLY:  radiation_init, radiation
[1484]305   
[1320]306    USE random_function_mod 
307   
[1400]308    USE random_generator_parallel,                                             &
309        ONLY:  random_number_parallel, random_seed_parallel, random_dummy,     &
310               id_random_array, seq_random_array
311   
[1320]312    USE statistics,                                                            &
[1738]313        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
[1833]314               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
315               sums_l_l, sums_up_fraction_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,         &
316               weight_pres, weight_substep
[1691]317 
318    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
319        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
320   
[1320]321    USE transpose_indices 
[1]322
323    IMPLICIT NONE
324
[1682]325    INTEGER(iwp) ::  i             !<
326    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
327    INTEGER(iwp) ::  j             !<
328    INTEGER(iwp) ::  k             !<
329    INTEGER(iwp) ::  sr            !<
[1]330
[1682]331    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
[1]332
[1682]333    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
334    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
[1]335
[1764]336    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
337    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
[1]338
[1738]339    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
[1682]340    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
341    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
[1]342
[485]343
[1402]344    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
[1]345!
346!-- Allocate arrays
[1788]347    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
348              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
349              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
350              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
351              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
352              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
353              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
354              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
[1]355              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
[1195]356    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
[1788]357    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
358              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
359              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
360              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
361              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
362              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
363              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
364              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
365              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                    &
366              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
[394]367              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
[978]368    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
[1]369
[1788]370    ALLOCATE( ol(nysg:nyng,nxlg:nxrg), shf(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
371              ts(nysg:nyng,nxlg:nxrg), tswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
372              us(nysg:nyng,nxlg:nxrg), usws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
373              uswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), vsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),           &
374              vswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0(nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
375              z0h(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0q(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]376
[1788]377    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
378              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
379              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
380              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
[1010]381              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
382
383#if defined( __nopointer )
[1788]384    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
385              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
386              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
387              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
388              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
389              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
390              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
391              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
392              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
393              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
394              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
395              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
396              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
397              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
[1010]398              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
399#else
[1788]400    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
401              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
402              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
403              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
404              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
405              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
406              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
407              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
408              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
409              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
410              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
411              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
412              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
[667]413              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1788]414    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
[1032]415       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
416    ENDIF
[1010]417#endif
418
[673]419!
[707]420!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
421!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
422!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
423!-- solver.
424    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
425       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1575]426    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
[707]427!
428!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
429       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
[673]430    ENDIF
[1]431
[1111]432!
433!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
434    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
[1212]435       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
[1111]436       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
437    ENDIF
438
[1788]439    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1]440!
[75]441!--    2D-humidity/scalar arrays
[1788]442       ALLOCATE ( qs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                     &
443                  qsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                   &
[1001]444                  qswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]445
446!
[75]447!--    3D-humidity/scalar arrays
[1010]448#if defined( __nopointer )
[1788]449       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
450                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[1010]451                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
452#else
[1788]453       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
454                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[667]455                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]456#endif
[1]457
458!
[75]459!--    3D-arrays needed for humidity only
460       IF ( humidity )  THEN
[1010]461#if defined( __nopointer )
462          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
463#else
[667]464          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]465#endif
[1]466
[1788]467          IF ( cloud_physics )  THEN
[1053]468
[1]469!
470!--          Liquid water content
[1010]471#if defined( __nopointer )
472             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
473#else
[667]474             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]475#endif
[72]476!
477!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
[1788]478             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
[667]479                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]480
481!
[1822]482!--          1D-arrays
483             ALLOCATE ( nc_1d(nzb:nzt+1), pt_1d(nzb:nzt+1),                 &
484                        q_1d(nzb:nzt+1), qc_1d(nzb:nzt+1) )
[1053]485!
[1822]486!--          3D-cloud water content
[1053]487#if defined( __nopointer )
[1822]488             ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]489#else
[1822]490             ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]491#endif
[1822]492!
493!--          3d-precipitation rate
494             ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]495
[1822]496             IF ( microphysics_seifert )  THEN
[1053]497!
[1822]498!--             1D-arrays
499                ALLOCATE ( nr_1d(nzb:nzt+1), qr_1d(nzb:nzt+1) )
[1361]500
[1115]501!
[1822]502!--             2D-rain water content and rain drop concentration arrays
503                ALLOCATE ( qrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
504                           qrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
505                           qrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
506                           nrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
507                           nrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
508                           nrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]509!
[1822]510!--             3D-rain water content, rain drop concentration arrays
[1115]511#if defined( __nopointer )
[1822]512                ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
513                          nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
514                          qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
515                          qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
516                          tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
517                          tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]518#else
[1822]519                ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
520                          nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
521                          nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
522                          qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
523                          qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
524                          qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]525#endif
[1822]526             ENDIF
[1053]527
[1]528          ENDIF
529
530          IF ( cloud_droplets )  THEN
531!
[1010]532!--          Liquid water content, change in liquid water content
533#if defined( __nopointer )
[1788]534             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
[1010]535                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
536#else
[1788]537             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
[1010]538                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
539#endif
540!
541!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
[1788]542             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
[667]543                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]544          ENDIF
545
546       ENDIF
547
548    ENDIF
549
[94]550    IF ( ocean )  THEN
[1788]551       ALLOCATE( saswsb(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                  &
[1001]552                 saswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]553#if defined( __nopointer )
[1788]554       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
555                 rho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
556                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
557                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[1010]558                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
559#else
[1788]560       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
561                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
562                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
563                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[667]564                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[388]565       prho => prho_1
566       rho  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
567                      ! density to be apointer
[1010]568#endif
[108]569       IF ( humidity_remote )  THEN
[667]570          ALLOCATE( qswst_remote(nysg:nyng,nxlg:nxrg))
[1340]571          qswst_remote = 0.0_wp
[108]572       ENDIF
[94]573    ENDIF
574
[1]575!
576!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
577!-- particle velocities
[1831]578    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  collision_turbulence  &
579         .OR.  num_acc_per_node > 0 )  THEN
[1153]580       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]581    ENDIF
582
583!
[1299]584!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
[1361]585    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
586       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
587       w_subs = 0.0_wp
588    ENDIF
[1299]589
590!
[1400]591!-- ID-array and state-space-array for the parallel random number generator
592    IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
593       ALLOCATE ( seq_random_array(5,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
594       ALLOCATE ( id_random_array(0:ny,0:nx) )
595       seq_random_array = 0
596       id_random_array  = 0
597    ENDIF
598   
599!
[51]600!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
601    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[667]602       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg,1:4) )
[1340]603       rif_wall = 0.0_wp
[51]604    ENDIF
605
606!
[106]607!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
608!-- are needed for radiation boundary conditions
[73]609    IF ( outflow_l )  THEN
[1788]610       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
611                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
[667]612                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
[73]613    ENDIF
614    IF ( outflow_r )  THEN
[1788]615       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
616                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
[667]617                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
[73]618    ENDIF
[106]619    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
[1788]620       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
[667]621                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
[106]622    ENDIF
[73]623    IF ( outflow_s )  THEN
[1788]624       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
625                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
[667]626                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
[73]627    ENDIF
628    IF ( outflow_n )  THEN
[1788]629       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
630                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
[667]631                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
[73]632    ENDIF
[106]633    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[1788]634       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
[667]635                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
[106]636    ENDIF
[996]637    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[978]638       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
639       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
640    ENDIF
[73]641
[978]642
[1010]643#if ! defined( __nopointer )
[73]644!
[1]645!-- Initial assignment of the pointers
[1001]646    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
[1032]647    IF ( .NOT. neutral )  THEN
648       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
649    ELSE
650       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
651    ENDIF
[1001]652    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
653    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
654    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
[1]655
[1001]656    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
657       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
[1053]658       IF ( humidity )  THEN
659          vpt  => vpt_1   
660          IF ( cloud_physics )  THEN
661             ql => ql_1
[1822]662             qc => qc_1
663             IF ( microphysics_seifert )  THEN
664                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
665                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
[1053]666             ENDIF
667          ENDIF
668       ENDIF
[1001]669       IF ( cloud_droplets )  THEN
670          ql   => ql_1
671          ql_c => ql_2
[1]672       ENDIF
[1001]673    ENDIF
[1]674
[1001]675    IF ( ocean )  THEN
676       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
677    ENDIF
[1010]678#endif
[1]679
680!
[1551]681!-- Allocate land surface model arrays
682    IF ( land_surface )  THEN
[1817]683       CALL lsm_init_arrays
[1551]684    ENDIF
685
686!
[709]687!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
688!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
689!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
690!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
691!-- will be set.
[1762]692!-- TO_DO: zeroth element added to weight_pres because in case of nesting
693!--        pres may need to be called  outside the RK-substeps. Antti will
694!--        check if this is really required.
[1788]695    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
[1762]696              weight_pres(0:intermediate_timestep_count_max) )
[1340]697    weight_substep = 1.0_wp
698    weight_pres    = 1.0_wp
[709]699    intermediate_timestep_count = 1  ! needed when simulated_time = 0.0
[673]700       
[1402]701    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[673]702!
[1]703!-- Initialize model variables
[1788]704    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
[328]705         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
[1]706!
707!--    First model run of a possible job queue.
708!--    Initial profiles of the variables must be computes.
709       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
[1384]710
[1402]711          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
[1]712!
713!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
714!--       start 1D model
715          CALL init_1d_model
716!
717!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
[667]718          DO  i = nxlg, nxrg
719             DO  j = nysg, nyng
[1]720                e(:,j,i)  = e1d
721                kh(:,j,i) = kh1d
722                km(:,j,i) = km1d
723                pt(:,j,i) = pt_init
724                u(:,j,i)  = u1d
725                v(:,j,i)  = v1d
726             ENDDO
727          ENDDO
728
[75]729          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[667]730             DO  i = nxlg, nxrg
731                DO  j = nysg, nyng
[1]732                   q(:,j,i) = q_init
733                ENDDO
734             ENDDO
[1822]735             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1053]736                DO  i = nxlg, nxrg
737                   DO  j = nysg, nyng
[1340]738                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
739                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]740                   ENDDO
741                ENDDO
[1115]742!
743!--             Initialze nc_1d with default value
744                nc_1d(:) = nc_const
745
[1053]746             ENDIF
[1]747          ENDIF
748
749          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
[667]750             DO  i = nxlg, nxrg
751                DO  j = nysg, nyng
[1]752                   e(:,j,i)  = e1d
753                ENDDO
754             ENDDO
755!
756!--          Store initial profiles for output purposes etc.
757             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
758
[1691]759             IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1707]760                ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / ( rif1d(nzb+1) + 1.0E-20_wp )
[1340]761                ts   = 0.0_wp  ! could actually be computed more accurately in the
762                               ! 1D model. Update when opportunity arises.
[1]763                us   = us1d
764                usws = usws1d
765                vsws = vsws1d
766             ELSE
[1340]767                ts   = 0.0_wp  ! must be set, because used in
[1691]768                ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min  ! flowste
[1340]769                us   = 0.0_wp
770                usws = 0.0_wp
771                vsws = 0.0_wp
[1]772             ENDIF
773
774          ELSE
[1340]775             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
[1691]776             ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min  ! flowste
[1340]777             ts   = 0.0_wp
778             us   = 0.0_wp
779             usws = 0.0_wp
780             vsws = 0.0_wp
[1]781          ENDIF
[102]782          uswst = top_momentumflux_u
783          vswst = top_momentumflux_v
[1]784
785!
786!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
787!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
788!--       Update when opportunity arises!
[1053]789          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]790             qs = 0.0_wp
[1822]791             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]792                qrs = 0.0_wp
793                nrs = 0.0_wp
[1053]794             ENDIF
795          ENDIF
[1]796
797!
[1762]798!--       Inside buildings set velocities back to zero
[1]799          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[1762]800             DO  i = nxlg, nxrg
801                DO  j = nysg, nyng
[1340]802                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
803                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
[1]804                ENDDO
805             ENDDO
[667]806             
[1]807!
808!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
809!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
810!--                   below the topography; need to correct later
811!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
812!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
813!--                     the topography.
[667]814             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
815!
[1]816!--             Neumann condition
817                DO  i = nxl-1, nxr+1
818                   DO  j = nys-1, nyn+1
819                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
820                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
821                   ENDDO
822                ENDDO
823
824             ENDIF
825
826          ENDIF
827
[1402]828          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]829
[1788]830       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
[1]831       THEN
[1241]832
[1402]833          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
[1]834!
[1241]835!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
[1788]836          IF ( nudging )  THEN
[1241]837             pt_init = ptnudge(:,1)
838             u_init  = unudge(:,1)
839             v_init  = vnudge(:,1)
840             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
841                q_init = qnudge(:,1)
842             ENDIF
843
[1788]844             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ',       &
[1241]845                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
846             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
847          ENDIF
848
849!
[1]850!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
851!--       temperature profile with constant gradient)
[667]852          DO  i = nxlg, nxrg
853             DO  j = nysg, nyng
[1]854                pt(:,j,i) = pt_init
855                u(:,j,i)  = u_init
856                v(:,j,i)  = v_init
857             ENDDO
858          ENDDO
[75]859
[1]860!
[292]861!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
862!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
863!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
[1815]864!--       in the limiting formula!).
865          IF ( ibc_uv_b /= 1 )  THEN
866             DO  i = nxlg, nxrg
867                DO  j = nysg, nyng
868                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
869                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
870                ENDDO
871             ENDDO
872          ENDIF
[1]873
[75]874          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[667]875             DO  i = nxlg, nxrg
876                DO  j = nysg, nyng
[1]877                   q(:,j,i) = q_init
878                ENDDO
879             ENDDO
[1822]880             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1115]881!
882!--             Initialze nc_1d with default value
883                nc_1d(:) = nc_const
884
[1822]885                DO  i = nxlg, nxrg
886                   DO  j = nysg, nyng
887                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
888                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]889                   ENDDO
[1822]890                ENDDO
[1115]891
[1053]892             ENDIF
[1]893          ENDIF
894
[94]895          IF ( ocean )  THEN
[667]896             DO  i = nxlg, nxrg
897                DO  j = nysg, nyng
[94]898                   sa(:,j,i) = sa_init
899                ENDDO
900             ENDDO
901          ENDIF
[1]902         
903          IF ( constant_diffusion )  THEN
904             km   = km_constant
905             kh   = km / prandtl_number
[1340]906             e    = 0.0_wp
907          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
[108]908             DO  k = nzb+1, nzt
[1340]909                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
[108]910             ENDDO
911             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
912             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
913             kh   = km / prandtl_number
914             e    = e_init
[1]915          ELSE
[108]916             IF ( .NOT. ocean )  THEN
[1340]917                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
918                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
[108]919                              ! production terms, as long as not yet
920                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
921             ELSE
[1340]922                kh   = 0.00001_wp
923                km   = 0.00001_wp
[108]924             ENDIF
[1340]925             e    = 0.0_wp
[1]926          ENDIF
[1691]927          ol    = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min
[1340]928          ts    = 0.0_wp
929          us    = 0.0_wp
930          usws  = 0.0_wp
[102]931          uswst = top_momentumflux_u
[1340]932          vsws  = 0.0_wp
[102]933          vswst = top_momentumflux_v
[1340]934          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0_wp
[1]935
936!
937!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
938!--       of a sloping surface
939          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
940
[1402]941          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]942
[1788]943       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
[46]944       THEN
[1384]945
[1402]946          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
[46]947!
948!--       Initialization will completely be done by the user
949          CALL user_init_3d_model
950
[1402]951          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]952
[1]953       ENDIF
[1384]954
[1402]955       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
956                              .FALSE. )
[1384]957
[667]958!
959!--    Bottom boundary
960       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
[1340]961          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
962          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
[667]963       ENDIF
[1]964
965!
[151]966!--    Apply channel flow boundary condition
[132]967       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
[1340]968          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
969          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
[132]970       ENDIF
971
972!
[1]973!--    Calculate virtual potential temperature
[1340]974       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
[1]975
976!
977!--    Store initial profiles for output purposes etc.
978       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
979       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[667]980       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
[1340]981          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
982          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
[1]983       ENDIF
984       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
985       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
986       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
987
[97]988       IF ( ocean )  THEN
989!
990!--       Store initial salinity profile
991          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
992       ENDIF
[1]993
[75]994       IF ( humidity )  THEN
[1]995!
996!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
997!--       temperature
998          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
999          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1000          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1001!
1002!--          Store initial profile of specific humidity and potential
1003!--          temperature
1004             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1005             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1006          ENDIF
1007       ENDIF
1008
1009       IF ( passive_scalar )  THEN
1010!
1011!--       Store initial scalar profile
1012          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1013       ENDIF
1014
1015!
[1400]1016!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1017       CALL random_function_ini
[1429]1018       
[1400]1019       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
[1429]1020!--       Asigning an ID to every vertical gridpoint column
1021!--       dependig on the ensemble run number.
1022          random_dummy=1
[1400]1023          DO j=0,ny
1024             DO i=0,nx
[1788]1025                id_random_array(j,i) = random_dummy + 1E6                      &
1026                                       * ( ensemble_member_nr - 1000 )
[1429]1027                random_dummy = random_dummy + 1
[1400]1028             END DO
1029          ENDDO
[1429]1030!--       Initializing with random_seed_parallel for every vertical
1031!--       gridpoint column.
1032          random_dummy=0
[1400]1033          DO j = nysg, nyng
1034             DO i = nxlg, nxrg
1035                CALL random_seed_parallel (random_sequence=id_random_array(j, i))
1036                CALL random_number_parallel (random_dummy)
1037                CALL random_seed_parallel (get=seq_random_array(:, j, i))
1038             END DO
1039          ENDDO
1040       ENDIF
1041
1042!
[19]1043!--    Initialize fluxes at bottom surface
[1]1044       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
1045
1046          IF ( constant_heatflux )  THEN
1047!
1048!--          Heat flux is prescribed
1049             IF ( random_heatflux )  THEN
1050                CALL disturb_heatflux
1051             ELSE
1052                shf = surface_heatflux
1053!
[1241]1054!--             Initialize shf with data from external file LSF_DATA
[1788]1055                IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
[1241]1056                   CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
1057                ENDIF
1058
1059!
[1]1060!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
1061                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
[667]1062                   DO  i = nxlg, nxrg
1063                      DO  j = nysg, nyng
[1]1064                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1065                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
1066                         ENDIF
1067                      ENDDO
1068                   ENDDO
1069                ENDIF
1070             ENDIF
1071          ENDIF
1072
1073!
1074!--       Determine the near-surface water flux
[75]1075          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1822]1076             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1077                qrsws = 0.0_wp
1078                nrsws = 0.0_wp
[1053]1079             ENDIF
[1]1080             IF ( constant_waterflux )  THEN
1081                qsws   = surface_waterflux
[407]1082!
1083!--             Over topography surface_waterflux is replaced by
1084!--             wall_humidityflux(0)
1085                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
1086                   wall_qflux = wall_humidityflux
[667]1087                   DO  i = nxlg, nxrg
1088                      DO  j = nysg, nyng
[407]1089                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1090                            qsws(j,i) = wall_qflux(0)
1091                         ENDIF
1092                      ENDDO
1093                   ENDDO
1094                ENDIF
[1]1095             ENDIF
1096          ENDIF
1097
1098       ENDIF
1099
1100!
[19]1101!--    Initialize fluxes at top surface
[94]1102!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
1103!--    The latent flux is zero in this case!
[19]1104       IF ( use_top_fluxes )  THEN
1105
1106          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
1107!
1108!--          Heat flux is prescribed
1109             tswst = top_heatflux
1110
[1053]1111             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1112                qswst = 0.0_wp
[1822]1113                IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert ) THEN
[1340]1114                   nrswst = 0.0_wp
1115                   qrswst = 0.0_wp
[1053]1116                ENDIF
1117             ENDIF
[94]1118
1119             IF ( ocean )  THEN
[95]1120                saswsb = bottom_salinityflux
[94]1121                saswst = top_salinityflux
1122             ENDIF
[102]1123          ENDIF
[19]1124
[102]1125!
1126!--       Initialization in case of a coupled model run
1127          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
[1340]1128             tswst = 0.0_wp
[102]1129          ENDIF
1130
[19]1131       ENDIF
1132
1133!
[1]1134!--    Initialize Prandtl layer quantities
[1691]1135       IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1]1136
1137          z0 = roughness_length
[978]1138          z0h = z0h_factor * z0
[1788]1139          z0q = z0h_factor * z0
[1]1140
1141          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
1142!
1143!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
[1691]1144!--          simply estimated, because therefore ol, u* and theta* would have
[1]1145!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
1146!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
1147!--          value in the course of the first few time steps.
[1340]1148             shf   = 0.0_wp
[1]1149          ENDIF
1150
[75]1151          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1788]1152             IF (  .NOT.  constant_waterflux )  qsws   = 0.0_wp
[1822]1153             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1154                qrsws = 0.0_wp
1155                nrsws = 0.0_wp
[1053]1156             ENDIF
[1]1157          ENDIF
1158
1159       ENDIF
1160
[1179]1161!
1162!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1163!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1164       IF ( use_single_reference_value )  THEN
[1788]1165          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
[1179]1166             ref_state(:) = pt_reference
1167          ELSE
1168             ref_state(:) = vpt_reference
1169          ENDIF
1170       ELSE
[1788]1171          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
[1179]1172             ref_state(:) = pt_init(:)
1173          ELSE
1174             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1175          ENDIF
1176       ENDIF
[152]1177
1178!
[707]1179!--    For the moment, vertical velocity is zero
[1340]1180       w = 0.0_wp
[1]1181
1182!
1183!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
[1340]1184       sums = 0.0_wp
[1]1185
1186!
[707]1187!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
[1575]1188       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
[707]1189
1190!
[72]1191!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1192!--    are zero at beginning of the simulation
1193       IF ( cloud_physics )  THEN
[1340]1194          ql = 0.0_wp
[1822]1195          qc = 0.0_wp
1196
1197          precipitation_amount = 0.0_wp
1198
1199          IF ( microphysics_seifert )  THEN
[1115]1200             nc_1d = nc_const
1201          ENDIF
[72]1202       ENDIF
[673]1203!
[1]1204!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1205       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1206          CALL init_rankine
1207       ENDIF
1208
1209!
1210!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1211       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1212          CALL init_pt_anomaly
1213       ENDIF
1214
1215!
1216!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
[1340]1217       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
[1]1218          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1219       ENDIF
1220
1221!
1222!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1223!--    run
[1788]1224       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND.                             &
[1340]1225            q_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
[1]1226          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1227       ENDIF
1228
1229!
1230!--    Initialize old and new time levels.
[1340]1231       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]1232       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1233
[75]1234       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1235          tq_m = 0.0_wp
[1]1236          q_p = q
[1822]1237          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1238             tqr_m = 0.0_wp
[1822]1239             qr_p  = qr
[1340]1240             tnr_m = 0.0_wp
[1822]1241             nr_p  = nr
[1053]1242          ENDIF
[1]1243       ENDIF
1244
[94]1245       IF ( ocean )  THEN
[1340]1246          tsa_m = 0.0_wp
[94]1247          sa_p  = sa
1248       ENDIF
[667]1249       
[1402]1250       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[94]1251
[1788]1252    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1253         TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                       &
[1]1254    THEN
[1384]1255
[1402]1256       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1257                              .FALSE. )
[1]1258!
[767]1259!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1260!--    some of the global variables from the restart file which are required
1261!--    for initializing the inflow
[328]1262       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
[559]1263
[759]1264          DO  i = 0, io_blocks-1
1265             IF ( i == io_group )  THEN
1266                CALL read_parts_of_var_list
1267                CALL close_file( 13 )
1268             ENDIF
1269#if defined( __parallel )
1270             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1271#endif
1272          ENDDO
[328]1273
[767]1274       ENDIF
1275
[151]1276!
[767]1277!--    Read binary data from restart file
1278       DO  i = 0, io_blocks-1
1279          IF ( i == io_group )  THEN
1280             CALL read_3d_binary
1281          ENDIF
1282#if defined( __parallel )
1283          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1284#endif
1285       ENDDO
1286
[328]1287!
[767]1288!--    Initialization of the turbulence recycling method
[1788]1289       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
[767]1290            turbulent_inflow )  THEN
1291!
1292!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1293!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1294!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1295!--       for u,v-components can be used.
[1615]1296          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,6) )
[151]1297
[767]1298          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1299             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1300             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1301          ELSE
[328]1302             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1303             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
[767]1304          ENDIF
1305          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1306          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
[1615]1307          mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)      ! q
[151]1308
1309!
[767]1310!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1311!--       profiles
1312          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1313             DO  i = nxlg, nxrg
[667]1314                DO  j = nysg, nyng
[328]1315                   DO  k = nzb, nzt+1
[767]1316                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1317                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
[328]1318                   ENDDO
[151]1319                ENDDO
[767]1320             ENDDO
1321          ENDIF
[151]1322
1323!
[767]1324!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1325!--       conditions are used)
1326          IF ( inflow_l )  THEN
1327             DO  j = nysg, nyng
1328                DO  k = nzb, nzt+1
1329                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1330                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
[1340]1331                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
[767]1332                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1333                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
[1615]1334                   IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )                       &
1335                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
[767]1336                ENDDO
1337             ENDDO
1338          ENDIF
1339
[151]1340!
[767]1341!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1342!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1343!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1344!--       in time.
[1340]1345          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
[767]1346!
1347!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1348!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1349!--          specified.
[1340]1350             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
[767]1351                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1352             ELSE
[1788]1353                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1354                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
[767]1355                     'calculated by the prerun is zero.'
1356                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
[292]1357             ENDIF
[151]1358
[767]1359          ENDIF
1360
[1340]1361          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
[151]1362!
[767]1363!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1364!--          layer
[1340]1365             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
[151]1366
[767]1367          ENDIF
[151]1368
[767]1369          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
[151]1370
[767]1371          DO  k = nzb, nzt+1
[151]1372
[767]1373             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
[1340]1374                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
[996]1375             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
[1340]1376                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
[996]1377                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1378                                           inflow_damping_width
[767]1379             ELSE
[1340]1380                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
[767]1381             ENDIF
[151]1382
[767]1383          ENDDO
[151]1384
[147]1385       ENDIF
1386
[152]1387!
[359]1388!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
[1788]1389       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
[359]1390            topography /= 'flat' )  THEN
1391!
1392!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1393!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1394!--       maybe revise later.
[1001]1395          DO  i = nxlg, nxrg
1396             DO  j = nysg, nyng
[1340]1397                u  (nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1398                v  (nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1399                w  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1400                e  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1401                tu_m(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1402                tv_m(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1403                tw_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1404                te_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1405                tpt_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
[359]1406             ENDDO
[1001]1407          ENDDO
[359]1408
1409       ENDIF
1410
1411!
[1]1412!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1413!--    of a sloping surface
1414       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1415
1416!
1417!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1418!--    including ghost points)
1419       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
[1053]1420       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1421          q_p = q
[1822]1422          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1053]1423             qr_p = qr
1424             nr_p = nr
1425          ENDIF
1426       ENDIF
[94]1427       IF ( ocean )  sa_p = sa
[1]1428
[181]1429!
1430!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1431!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1432!--    there before they are set.
[1340]1433       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]1434       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1435          tq_m = 0.0_wp
[1822]1436          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1437             tqr_m = 0.0_wp
1438             tnr_m = 0.0_wp
[1053]1439          ENDIF
1440       ENDIF
[1340]1441       IF ( ocean )  tsa_m = 0.0_wp
[181]1442
[1402]1443       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1444
[1]1445    ELSE
1446!
1447!--    Actually this part of the programm should not be reached
[254]1448       message_string = 'unknown initializing problem'
1449       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]1450    ENDIF
1451
[151]1452
1453    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
[1]1454!
[151]1455!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1456       IF ( outflow_l )  THEN
1457          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1458          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1459          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1460       ENDIF
1461       IF ( outflow_r )  THEN
1462          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1463          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1464          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1465       ENDIF
1466       IF ( outflow_s )  THEN
1467          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1468          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1469          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1470       ENDIF
1471       IF ( outflow_n )  THEN
1472          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1473          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1474          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1475       ENDIF
[667]1476       
[151]1477    ENDIF
[680]1478
[667]1479!
1480!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
[709]1481    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
[151]1482
[767]1483       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
[667]1484
[1340]1485          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1486          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1487
[667]1488          IF ( nxr == nx )  THEN
1489             DO  j = nys, nyn
[709]1490                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
[1788]1491                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
[767]1492                                              u_init(k) * dzw(k)
1493                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1494                ENDDO
1495             ENDDO
1496          ENDIF
1497         
1498          IF ( nyn == ny )  THEN
1499             DO  i = nxl, nxr
1500                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1501                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1502                                              v_init(k) * dzw(k)
1503                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1504                ENDDO
1505             ENDDO
1506          ENDIF
1507
1508#if defined( __parallel )
1509          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1510                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1511          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1512                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1513
1514#else
1515          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1516          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1517#endif 
1518
1519       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1520
[1340]1521          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1522          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[767]1523
1524          IF ( nxr == nx )  THEN
1525             DO  j = nys, nyn
1526                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
[1788]1527                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
[667]1528                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)
1529                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1530                ENDDO
1531             ENDDO
1532          ENDIF
1533         
1534          IF ( nyn == ny )  THEN
1535             DO  i = nxl, nxr
[709]1536                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
[1788]1537                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
[709]1538                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)
[667]1539                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1540                ENDDO
1541             ENDDO
1542          ENDIF
1543
[732]1544#if defined( __parallel )
1545          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1546                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1547          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1548                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1549
1550#else
1551          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1552          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1553#endif 
1554
[667]1555       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1556
[1340]1557          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1558          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1559
[667]1560          IF ( nxr == nx )  THEN
1561             DO  j = nys, nyn
[709]1562                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
[667]1563                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
[709]1564                                              u(k,j,nx) * dzw(k)
[667]1565                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1566                ENDDO
1567             ENDDO
1568          ENDIF
1569         
1570          IF ( nyn == ny )  THEN
1571             DO  i = nxl, nxr
[709]1572                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
[1788]1573                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
[667]1574                                              v(k,ny,i) * dzw(k)
1575                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1576                ENDDO
1577             ENDDO
1578          ENDIF
1579
1580#if defined( __parallel )
[732]1581          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1582                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1583          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1584                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[667]1585
1586#else
[732]1587          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1588          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
[667]1589#endif 
1590
[732]1591       ENDIF
1592
[151]1593!
[709]1594!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1595!--    from u|v_bulk instead
[680]1596       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1597          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1598          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1599       ENDIF
[667]1600
[680]1601    ENDIF
1602
[787]1603!
1604!-- Initialize quantities for special advections schemes
1605    CALL init_advec
[680]1606
[667]1607!
[680]1608!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1609!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
[1788]1610    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
1611         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
[680]1612         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1613
[1402]1614       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
[680]1615       CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
1616       CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
[1402]1617       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1618
[1402]1619       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
[680]1620       n_sor = nsor_ini
[1221]1621       !$acc data copyin( d, ddzu, ddzw, nzb_s_inner, nzb_u_inner )            &
1622       !$acc      copyin( nzb_v_inner, nzb_w_inner, p, rflags_s_inner, tend )  &
1623       !$acc      copyin( weight_pres, weight_substep )                        &
1624       !$acc      copy( tri, tric, u, v, w )
[680]1625       CALL pres
[1111]1626       !$acc end data
[680]1627       n_sor = nsor
[1402]1628       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1629
[680]1630    ENDIF
1631
1632!
[1484]1633!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
[1826]1634    CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )
1635    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_init
1636    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[138]1637
1638!
[1]1639!-- If required, initialize dvrp-software
[1340]1640    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
[1]1641
[96]1642    IF ( ocean )  THEN
[1]1643!
[96]1644!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1645       CALL init_ocean
[388]1646
[96]1647    ELSE
1648!
1649!--    Initialize quantities for handling cloud physics
[849]1650!--    This routine must be called before lpm_init, because
[96]1651!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
[849]1652!--    lpm_init) is not defined.
[96]1653       CALL init_cloud_physics
1654    ENDIF
[1]1655
1656!
1657!-- If required, initialize particles
[849]1658    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
[1]1659
[1585]1660!
1661!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
1662    IF ( land_surface )  THEN
1663       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
[1817]1664       CALL lsm_init
[1585]1665       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1666    ENDIF
[1496]1667
[1]1668!
[1691]1669!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
1670!-- for initialization
1671    IF ( constant_flux_layer )  THEN
1672       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
1673       CALL init_surface_layer_fluxes
1674       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1675    ENDIF
1676
1677!
[1496]1678!-- If required, initialize radiation model
1679    IF ( radiation )  THEN
[1585]1680       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
[1826]1681       CALL radiation_init
[1585]1682       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1496]1683    ENDIF
1684
1685!
[673]1686!-- Initialize the ws-scheme.   
1687    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
[1]1688
1689!
[709]1690!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
[1762]1691!-- and turbulent quantities from the RK substeps
1692!-- TO_DO: zeroth element is added to weight_pres because in nesting pres
1693!--        may need to be called outside the RK-substeps
1694    weight_pres(0) = 1.0_wp
[709]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
[1788]1725       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
[108]1726          DO  k = nzb+1, nzt
1727             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
[1788]1728                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
[1340]1729                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
[1788]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
[1788]1737                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
[1340]1738                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
[1788]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 ) / (     &
[1788]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
[1788]1838       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
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
[1738]1851!-- and the mean surface level height for each statistic region
[1]1852!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1853!--          total domain
1854!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
[132]1855    ngp_2dh_outer_l   = 0
1856    ngp_2dh_outer     = 0
1857    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1858    ngp_2dh_s_inner   = 0
1859    ngp_2dh_l         = 0
1860    ngp_2dh           = 0
[1340]1861    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
[132]1862    ngp_3d_inner      = 0
1863    ngp_3d            = 0
1864    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
[1]1865
[1738]1866    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
1867    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
1868
[1]1869    DO  sr = 0, statistic_regions
1870       DO  i = nxl, nxr
1871          DO  j = nys, nyn
[1340]1872             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
[1]1873!
1874!--             All xy-grid points
1875                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
[1788]1876                mean_surface_level_height_l(sr) = mean_surface_level_height_l(sr) &
1877                                                  + zw(nzb_s_inner(j,i))
[1]1878!
1879!--             xy-grid points above topography
1880                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1881                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1882                ENDDO
[132]1883                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1884                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1885                ENDDO
[1]1886!
1887!--             All grid points of the total domain above topography
[1788]1888                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr)                        &
1889                                     + ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
[1]1890             ENDIF
1891          ENDDO
1892       ENDDO
1893    ENDDO
1894
1895    sr = statistic_regions + 1
1896#if defined( __parallel )
[622]1897    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]1898    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
[1]1899                        comm2d, ierr )
[622]1900    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]1901    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
[1]1902                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]1903    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]1904    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
[132]1905                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]1906    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]1907    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
[1]1908                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
[485]1909    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1738]1910    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]1911    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
1912                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
[1738]1913                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1914    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
[1]1915#else
[132]1916    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1917    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1918    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
[485]1919    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1738]1920    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
[1]1921#endif
1922
[560]1923    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
1924             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]1925
1926!
1927!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1928!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1929!-- the respective subdomain lie below the surface topography
[667]1930    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
[1788]1931    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
[631]1932                           ngp_3d_inner(:) )
[667]1933    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
[1]1934
[1788]1935    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
[1738]1936                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
[1]1937
[1402]1938    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
[1]1939
1940 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.