source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1921

Last change on this file since 1921 was 1921, checked in by suehring, 8 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
  • Property svn:mergeinfo set to False
    /palm/branches/forwind/SOURCE/init_3d_model.f901564-1913
File size: 70.7 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! ------------------
[1921]21!
[1919]22!
[1851]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: init_3d_model.f90 1921 2016-05-30 10:52:07Z suehring $
26!
[1921]27! 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring
28! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
29! calculation of Obukhov length
30!
[1919]31! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
32! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
33! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
34!         routine because otherwise results from pres are overwritten
35!
[1917]36! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
37! Added initialization of the wind turbine model
38!
[1879]39! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
40! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
41!
[1851]42! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
[1849]43! Adapted for modularization of microphysics.
44! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
[1852]45! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
[1849]46! microphysics_init.
47!
[1846]48! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
49! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
[1914]50!
[1834]51! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
52! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
53!
[1832]54! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
55! turbulence renamed collision_turbulence
56!
[1827]57! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
58! Renamed radiation calls.
59! Renamed canopy model calls.
60!
[1823]61! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
62! icloud_scheme replaced by microphysics_*
[1914]63!
[1818]64! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
65! Renamed lsm calls.
66!
[1816]67! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
68! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
69! in r1762)
70!
[1789]71! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
72! Added z0q.
73! Syntax layout improved.
74!
[1784]75! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
76! netcdf module name changed + related changes
77!
[1765]78! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
79! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
80!
[1763]81! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
82! Introduction of nested domain feature
83!
[1739]84! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
85! calculate mean surface level height for each statistic region
86!
[1735]87! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
88! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
89! set zero
90!
[1708]91! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
92! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
93! devision by zero in neutral stratification
94!
[1692]95! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
96! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
97!
[1683]98! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
99! Code annotations made doxygen readable
100!
[1616]101! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
102! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
103!
[1586]104! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
105! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
106!
[1576]107! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
108! adjustments for psolver-queries
109!
[1552]110! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
[1817]111! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
[1552]112! which is part of land_surface_model.
113!
[1508]114! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
115! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
116!
[1497]117! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
118! Added initialization of the land surface and radiation schemes
119!
[1485]120! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
[1484]121! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
[1508]122! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
123! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
124! call of subroutine init_plant_canopy added.
[1341]125!
[1432]126! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
127! var_d added, in order to normalize spectra.
128!
[1430]129! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
130! Ensemble run capability added to parallel random number generator
131!
[1412]132! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
133! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
134! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
135!
[1407]136! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
137! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
138! no-slip boundary condition for uv
139!
[1403]140! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
141! location messages modified
142!
[1401]143! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
144! Parallel random number generator added
145!
[1385]146! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
147! location messages added
148!
[1362]149! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
150! tend_* removed
151! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
152!
[1360]153! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
154! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
155! module
156!
[1354]157! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
158! REAL constants provided with KIND-attribute
159!
[1341]160! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
161! REAL constants defined as wp-kind
162!
[1323]163! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
164! REAL constants defined as wp-kind
165! module interfaces removed
166!
[1321]167! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
168! ONLY-attribute added to USE-statements,
169! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
170! kinds are defined in new module kinds,
171! revision history before 2012 removed,
172! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
173! all variable declaration statements
174!
[1317]175! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
176! Bugfix: allocation of w_subs
177!
[1300]178! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
179! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
180! with large scale forcing data (LSF_DATA)
181!
[1242]182! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
183! Overwrite initial profiles in case of nudging
184! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
185!
[1222]186! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
187! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
188! copy
189!
[1213]190! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
191! array tri is allocated and included in data copy statement
192!
[1196]193! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
194! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
195!
[1182]196! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
197! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
198!
[1172]199! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
200! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
201!
[1160]202! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
203! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
204!
[1154]205! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
206! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
[1171]207! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
[1154]208!
[1116]209! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
210! unused variables removed
211!
[1114]212! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
213! openACC directive modified
214!
[1112]215! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
216! openACC directives added for pres
217! array diss allocated only if required
218!
[1093]219! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
220! unused variables removed
221!
[1066]222! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
223! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
224!
[1054]225! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]226! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
227! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
228! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
229! +tend_*, prr
[979]230!
[1037]231! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
232! code put under GPL (PALM 3.9)
233!
[1033]234! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
235! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
236!
[1026]237! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
238! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
239!
[1017]240! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
241! mask is set to zero for ghost boundaries
242!
[1011]243! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
244! cpp switch __nopointer added for pointer free version
245!
[1004]246! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
247! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
248!
[1002]249! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
250! all actions concerning leapfrog scheme removed
251!
[997]252! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
253! little reformatting
254!
[979]255! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]256! outflow damping layer removed
257! roughness length for scalar quantites z0h added
258! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
259! boundaries added
260! initialization of ptdf_x, ptdf_y
261! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
[708]262!
[850]263! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
264! init_particles renamed lpm_init
265!
[826]266! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
267! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
268!
[1]269! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
270! Initial revision
271!
272!
273! Description:
274! ------------
[1682]275!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
276!> a) pre-run the 1D model
277!> or
278!> b) pre-set constant linear profiles
279!> or
280!> c) read values of a previous run
[1]281!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]282 SUBROUTINE init_3d_model
283 
[1]284
[667]285    USE advec_ws
[1320]286
[1]287    USE arrays_3d
[1849]288
[1320]289    USE constants,                                                             &
290        ONLY:  pi
291   
[1]292    USE control_parameters
[1320]293   
294    USE grid_variables,                                                        &
295        ONLY:  dx, dy
296   
[1]297    USE indices
[1359]298
[1429]299    USE lpm_init_mod,                                                          &
[1359]300        ONLY:  lpm_init
[1320]301   
302    USE kinds
[1496]303
304    USE land_surface_model_mod,                                                &
[1817]305        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays, land_surface
[1496]306 
[1241]307    USE ls_forcing_mod
[1849]308
309    USE microphysics_mod,                                                      &
310        ONLY:  collision_turbulence, microphysics_init
311
[1320]312    USE model_1d,                                                              &
313        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d 
314   
[1783]315    USE netcdf_interface,                                                      &
316        ONLY:  dots_max, dots_num
[1320]317   
318    USE particle_attributes,                                                   &
319        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
320   
[1]321    USE pegrid
[1320]322   
[1484]323    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
[1826]324        ONLY:  pcm_init, plant_canopy
[1496]325
326    USE radiation_model_mod,                                                   &
[1826]327        ONLY:  radiation_init, radiation
[1484]328   
[1320]329    USE random_function_mod 
330   
[1400]331    USE random_generator_parallel,                                             &
332        ONLY:  random_number_parallel, random_seed_parallel, random_dummy,     &
333               id_random_array, seq_random_array
334   
[1320]335    USE statistics,                                                            &
[1738]336        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
[1833]337               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
338               sums_l_l, sums_up_fraction_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,         &
339               weight_pres, weight_substep
[1691]340 
341    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
342        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
343   
[1320]344    USE transpose_indices 
[1]345
[1914]346    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
347        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays, wind_turbine
348
[1]349    IMPLICIT NONE
350
[1682]351    INTEGER(iwp) ::  i             !<
352    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
353    INTEGER(iwp) ::  j             !<
354    INTEGER(iwp) ::  k             !<
355    INTEGER(iwp) ::  sr            !<
[1]356
[1682]357    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
[1]358
[1682]359    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
360    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
[1]361
[1764]362    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
363    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
[1]364
[1738]365    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
[1682]366    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
367    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
[1]368
[485]369
[1402]370    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
[1]371!
372!-- Allocate arrays
[1788]373    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
374              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
375              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
376              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
377              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
378              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
379              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
380              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
[1]381              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
[1195]382    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
[1788]383    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
384              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
385              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
386              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
387              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
388              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
389              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
390              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
391              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                    &
392              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
[394]393              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
[978]394    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
[1]395
[1788]396    ALLOCATE( ol(nysg:nyng,nxlg:nxrg), shf(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
397              ts(nysg:nyng,nxlg:nxrg), tswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
398              us(nysg:nyng,nxlg:nxrg), usws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
399              uswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), vsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),           &
400              vswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0(nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
401              z0h(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0q(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]402
[1788]403    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
404              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
405              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
406              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
[1010]407              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
408
409#if defined( __nopointer )
[1788]410    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
411              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
412              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
413              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
414              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
415              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
416              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
417              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
418              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
419              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
420              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
421              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
422              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
423              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
[1010]424              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
425#else
[1788]426    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
427              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
428              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
429              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
430              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
431              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
432              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
433              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
434              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
435              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
436              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
437              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
438              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
[667]439              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1788]440    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
[1032]441       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
442    ENDIF
[1010]443#endif
444
[673]445!
[707]446!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
447!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
448!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
449!-- solver.
450    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
451       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1575]452    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
[707]453!
454!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
455       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
[673]456    ENDIF
[1]457
[1111]458!
459!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
460    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
[1212]461       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
[1111]462       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
463    ENDIF
464
[1788]465    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1]466!
[75]467!--    2D-humidity/scalar arrays
[1788]468       ALLOCATE ( qs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                     &
469                  qsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                   &
[1001]470                  qswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]471
472!
[75]473!--    3D-humidity/scalar arrays
[1010]474#if defined( __nopointer )
[1788]475       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
476                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[1010]477                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
478#else
[1788]479       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
480                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[667]481                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]482#endif
[1]483
484!
[75]485!--    3D-arrays needed for humidity only
486       IF ( humidity )  THEN
[1010]487#if defined( __nopointer )
488          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
489#else
[667]490          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]491#endif
[1]492
[1788]493          IF ( cloud_physics )  THEN
[1053]494
[1]495!
496!--          Liquid water content
[1010]497#if defined( __nopointer )
498             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
499#else
[667]500             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]501#endif
[72]502!
503!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
[1788]504             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
[667]505                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]506
507!
[1822]508!--          3D-cloud water content
[1053]509#if defined( __nopointer )
[1822]510             ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]511#else
[1822]512             ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]513#endif
[1822]514!
515!--          3d-precipitation rate
516             ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]517
[1822]518             IF ( microphysics_seifert )  THEN
[1053]519!
[1822]520!--             2D-rain water content and rain drop concentration arrays
521                ALLOCATE ( qrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
522                           qrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
523                           qrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
524                           nrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
525                           nrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
526                           nrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]527!
[1822]528!--             3D-rain water content, rain drop concentration arrays
[1115]529#if defined( __nopointer )
[1822]530                ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
531                          nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
532                          qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
533                          qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
534                          tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
535                          tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]536#else
[1822]537                ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
538                          nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
539                          nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
540                          qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
541                          qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
542                          qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]543#endif
[1822]544             ENDIF
[1053]545
[1]546          ENDIF
547
548          IF ( cloud_droplets )  THEN
549!
[1010]550!--          Liquid water content, change in liquid water content
551#if defined( __nopointer )
[1788]552             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
[1010]553                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
554#else
[1788]555             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
[1010]556                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
557#endif
558!
559!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
[1788]560             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
[667]561                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]562          ENDIF
563
564       ENDIF
565
566    ENDIF
567
[94]568    IF ( ocean )  THEN
[1788]569       ALLOCATE( saswsb(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                  &
[1001]570                 saswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]571#if defined( __nopointer )
[1788]572       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
573                 rho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
574                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
575                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[1010]576                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
577#else
[1788]578       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
579                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
580                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
581                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[667]582                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[388]583       prho => prho_1
584       rho  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
585                      ! density to be apointer
[1010]586#endif
[108]587       IF ( humidity_remote )  THEN
[667]588          ALLOCATE( qswst_remote(nysg:nyng,nxlg:nxrg))
[1340]589          qswst_remote = 0.0_wp
[108]590       ENDIF
[94]591    ENDIF
592
[1]593!
594!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
595!-- particle velocities
[1831]596    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  collision_turbulence  &
597         .OR.  num_acc_per_node > 0 )  THEN
[1153]598       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]599    ENDIF
600
601!
[1299]602!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
[1361]603    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
604       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
605       w_subs = 0.0_wp
606    ENDIF
[1299]607
608!
[1400]609!-- ID-array and state-space-array for the parallel random number generator
610    IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
611       ALLOCATE ( seq_random_array(5,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
612       ALLOCATE ( id_random_array(0:ny,0:nx) )
613       seq_random_array = 0
614       id_random_array  = 0
615    ENDIF
616   
617!
[51]618!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
619    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[667]620       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg,1:4) )
[1340]621       rif_wall = 0.0_wp
[51]622    ENDIF
623
624!
[106]625!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
626!-- are needed for radiation boundary conditions
[73]627    IF ( outflow_l )  THEN
[1788]628       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
629                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
[667]630                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
[73]631    ENDIF
632    IF ( outflow_r )  THEN
[1788]633       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
634                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
[667]635                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
[73]636    ENDIF
[106]637    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
[1788]638       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
[667]639                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
[106]640    ENDIF
[73]641    IF ( outflow_s )  THEN
[1788]642       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
643                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
[667]644                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
[73]645    ENDIF
646    IF ( outflow_n )  THEN
[1788]647       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
648                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
[667]649                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
[73]650    ENDIF
[106]651    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[1788]652       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
[667]653                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
[106]654    ENDIF
[996]655    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[978]656       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
657       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
658    ENDIF
[73]659
[978]660
[1010]661#if ! defined( __nopointer )
[73]662!
[1]663!-- Initial assignment of the pointers
[1001]664    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
[1032]665    IF ( .NOT. neutral )  THEN
666       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
667    ELSE
668       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
669    ENDIF
[1001]670    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
671    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
672    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
[1]673
[1001]674    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
675       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
[1053]676       IF ( humidity )  THEN
677          vpt  => vpt_1   
678          IF ( cloud_physics )  THEN
679             ql => ql_1
[1822]680             qc => qc_1
681             IF ( microphysics_seifert )  THEN
682                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
683                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
[1053]684             ENDIF
685          ENDIF
686       ENDIF
[1001]687       IF ( cloud_droplets )  THEN
688          ql   => ql_1
689          ql_c => ql_2
[1]690       ENDIF
[1001]691    ENDIF
[1]692
[1001]693    IF ( ocean )  THEN
694       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
695    ENDIF
[1010]696#endif
[1]697
698!
[1551]699!-- Allocate land surface model arrays
700    IF ( land_surface )  THEN
[1817]701       CALL lsm_init_arrays
[1551]702    ENDIF
703
704!
[1914]705!-- Allocate wind turbine model arrays
706    IF ( wind_turbine )  THEN
707       CALL wtm_init_arrays
708    ENDIF
709
710!
[709]711!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
712!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
713!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
714!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
715!-- will be set.
[1788]716    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
[1878]717              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
[1340]718    weight_substep = 1.0_wp
719    weight_pres    = 1.0_wp
[1918]720    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
[673]721       
[1402]722    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1918]723
[673]724!
[1918]725!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
726!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
727!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
728!-- are never initialized)
729    sums_divnew_l      = 0.0_wp
730    sums_divold_l      = 0.0_wp
731    sums_l_l           = 0.0_wp
732    sums_up_fraction_l = 0.0_wp
733    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
734
735
736!
[1]737!-- Initialize model variables
[1788]738    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
[328]739         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
[1]740!
741!--    First model run of a possible job queue.
742!--    Initial profiles of the variables must be computes.
743       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
[1384]744
[1402]745          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
[1]746!
747!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
748!--       start 1D model
749          CALL init_1d_model
750!
751!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
[667]752          DO  i = nxlg, nxrg
753             DO  j = nysg, nyng
[1]754                e(:,j,i)  = e1d
755                kh(:,j,i) = kh1d
756                km(:,j,i) = km1d
757                pt(:,j,i) = pt_init
758                u(:,j,i)  = u1d
759                v(:,j,i)  = v1d
760             ENDDO
761          ENDDO
762
[75]763          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[667]764             DO  i = nxlg, nxrg
765                DO  j = nysg, nyng
[1]766                   q(:,j,i) = q_init
767                ENDDO
768             ENDDO
[1822]769             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1053]770                DO  i = nxlg, nxrg
771                   DO  j = nysg, nyng
[1340]772                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
773                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]774                   ENDDO
775                ENDDO
[1115]776
[1053]777             ENDIF
[1]778          ENDIF
779
780          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
[667]781             DO  i = nxlg, nxrg
782                DO  j = nysg, nyng
[1]783                   e(:,j,i)  = e1d
784                ENDDO
785             ENDDO
786!
787!--          Store initial profiles for output purposes etc.
788             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
789
[1691]790             IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1707]791                ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / ( rif1d(nzb+1) + 1.0E-20_wp )
[1340]792                ts   = 0.0_wp  ! could actually be computed more accurately in the
793                               ! 1D model. Update when opportunity arises.
[1]794                us   = us1d
795                usws = usws1d
796                vsws = vsws1d
797             ELSE
[1340]798                ts   = 0.0_wp  ! must be set, because used in
[1691]799                ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min  ! flowste
[1340]800                us   = 0.0_wp
801                usws = 0.0_wp
802                vsws = 0.0_wp
[1]803             ENDIF
804
805          ELSE
[1340]806             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
[1691]807             ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min  ! flowste
[1340]808             ts   = 0.0_wp
809             us   = 0.0_wp
810             usws = 0.0_wp
811             vsws = 0.0_wp
[1]812          ENDIF
[102]813          uswst = top_momentumflux_u
814          vswst = top_momentumflux_v
[1]815
816!
817!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
818!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
819!--       Update when opportunity arises!
[1053]820          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]821             qs = 0.0_wp
[1822]822             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]823                qrs = 0.0_wp
824                nrs = 0.0_wp
[1053]825             ENDIF
826          ENDIF
[1]827
828!
[1762]829!--       Inside buildings set velocities back to zero
[1]830          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[1762]831             DO  i = nxlg, nxrg
832                DO  j = nysg, nyng
[1340]833                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
834                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
[1]835                ENDDO
836             ENDDO
[667]837             
[1]838!
839!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
840!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
841!--                   below the topography; need to correct later
842!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
843!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
844!--                     the topography.
[667]845             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
846!
[1]847!--             Neumann condition
848                DO  i = nxl-1, nxr+1
849                   DO  j = nys-1, nyn+1
850                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
851                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
852                   ENDDO
853                ENDDO
854
855             ENDIF
856
857          ENDIF
858
[1402]859          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]860
[1788]861       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
[1]862       THEN
[1241]863
[1402]864          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
[1]865!
[1241]866!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
[1788]867          IF ( nudging )  THEN
[1241]868             pt_init = ptnudge(:,1)
869             u_init  = unudge(:,1)
870             v_init  = vnudge(:,1)
871             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
872                q_init = qnudge(:,1)
873             ENDIF
874
[1788]875             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ',       &
[1241]876                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
877             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
878          ENDIF
879
880!
[1]881!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
882!--       temperature profile with constant gradient)
[667]883          DO  i = nxlg, nxrg
884             DO  j = nysg, nyng
[1]885                pt(:,j,i) = pt_init
886                u(:,j,i)  = u_init
887                v(:,j,i)  = v_init
888             ENDDO
889          ENDDO
[75]890
[1]891!
[292]892!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
893!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
894!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
[1815]895!--       in the limiting formula!).
896          IF ( ibc_uv_b /= 1 )  THEN
897             DO  i = nxlg, nxrg
898                DO  j = nysg, nyng
899                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
900                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
901                ENDDO
902             ENDDO
903          ENDIF
[1]904
[75]905          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[667]906             DO  i = nxlg, nxrg
907                DO  j = nysg, nyng
[1]908                   q(:,j,i) = q_init
909                ENDDO
910             ENDDO
[1822]911             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1115]912
[1822]913                DO  i = nxlg, nxrg
914                   DO  j = nysg, nyng
915                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
916                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]917                   ENDDO
[1822]918                ENDDO
[1115]919
[1053]920             ENDIF
[1]921          ENDIF
922
[94]923          IF ( ocean )  THEN
[667]924             DO  i = nxlg, nxrg
925                DO  j = nysg, nyng
[94]926                   sa(:,j,i) = sa_init
927                ENDDO
928             ENDDO
929          ENDIF
[1]930         
931          IF ( constant_diffusion )  THEN
932             km   = km_constant
933             kh   = km / prandtl_number
[1340]934             e    = 0.0_wp
935          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
[108]936             DO  k = nzb+1, nzt
[1340]937                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
[108]938             ENDDO
939             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
940             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
941             kh   = km / prandtl_number
942             e    = e_init
[1]943          ELSE
[108]944             IF ( .NOT. ocean )  THEN
[1340]945                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
946                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
[108]947                              ! production terms, as long as not yet
948                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
949             ELSE
[1340]950                kh   = 0.00001_wp
951                km   = 0.00001_wp
[108]952             ENDIF
[1340]953             e    = 0.0_wp
[1]954          ENDIF
[1691]955          ol    = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min
[1340]956          ts    = 0.0_wp
[1920]957!
958!--       Very small number is required for calculation of Obukhov length
959!--       at first timestep     
960          us    = 1E-30_wp 
[1340]961          usws  = 0.0_wp
[102]962          uswst = top_momentumflux_u
[1340]963          vsws  = 0.0_wp
[102]964          vswst = top_momentumflux_v
[1340]965          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0_wp
[1]966
967!
968!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
969!--       of a sloping surface
970          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
971
[1402]972          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]973
[1788]974       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
[46]975       THEN
[1384]976
[1402]977          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
[46]978!
979!--       Initialization will completely be done by the user
980          CALL user_init_3d_model
981
[1402]982          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]983
[1]984       ENDIF
[1384]985
[1402]986       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
987                              .FALSE. )
[1384]988
[667]989!
990!--    Bottom boundary
991       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
[1340]992          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
993          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
[667]994       ENDIF
[1]995
996!
[151]997!--    Apply channel flow boundary condition
[132]998       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
[1340]999          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1000          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
[132]1001       ENDIF
1002
1003!
[1]1004!--    Calculate virtual potential temperature
[1340]1005       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
[1]1006
1007!
1008!--    Store initial profiles for output purposes etc.
1009       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1010       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[667]1011       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
[1340]1012          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1013          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
[1]1014       ENDIF
1015       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1016       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1017       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1018
[97]1019       IF ( ocean )  THEN
1020!
1021!--       Store initial salinity profile
1022          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1023       ENDIF
[1]1024
[75]1025       IF ( humidity )  THEN
[1]1026!
1027!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1028!--       temperature
1029          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1030          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1031          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1032!
1033!--          Store initial profile of specific humidity and potential
1034!--          temperature
1035             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1036             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1037          ENDIF
1038       ENDIF
1039
1040       IF ( passive_scalar )  THEN
1041!
1042!--       Store initial scalar profile
1043          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1044       ENDIF
1045
1046!
[1400]1047!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1048       CALL random_function_ini
[1429]1049       
[1400]1050       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
[1429]1051!--       Asigning an ID to every vertical gridpoint column
1052!--       dependig on the ensemble run number.
1053          random_dummy=1
[1400]1054          DO j=0,ny
1055             DO i=0,nx
[1788]1056                id_random_array(j,i) = random_dummy + 1E6                      &
1057                                       * ( ensemble_member_nr - 1000 )
[1429]1058                random_dummy = random_dummy + 1
[1400]1059             END DO
1060          ENDDO
[1429]1061!--       Initializing with random_seed_parallel for every vertical
1062!--       gridpoint column.
1063          random_dummy=0
[1400]1064          DO j = nysg, nyng
1065             DO i = nxlg, nxrg
1066                CALL random_seed_parallel (random_sequence=id_random_array(j, i))
1067                CALL random_number_parallel (random_dummy)
1068                CALL random_seed_parallel (get=seq_random_array(:, j, i))
1069             END DO
1070          ENDDO
1071       ENDIF
1072
1073!
[19]1074!--    Initialize fluxes at bottom surface
[1]1075       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
1076
1077          IF ( constant_heatflux )  THEN
1078!
1079!--          Heat flux is prescribed
1080             IF ( random_heatflux )  THEN
1081                CALL disturb_heatflux
1082             ELSE
1083                shf = surface_heatflux
1084!
[1241]1085!--             Initialize shf with data from external file LSF_DATA
[1788]1086                IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
[1241]1087                   CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
1088                ENDIF
1089
1090!
[1]1091!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
1092                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
[667]1093                   DO  i = nxlg, nxrg
1094                      DO  j = nysg, nyng
[1]1095                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1096                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
1097                         ENDIF
1098                      ENDDO
1099                   ENDDO
1100                ENDIF
1101             ENDIF
1102          ENDIF
1103
1104!
1105!--       Determine the near-surface water flux
[75]1106          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1822]1107             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1108                qrsws = 0.0_wp
1109                nrsws = 0.0_wp
[1053]1110             ENDIF
[1]1111             IF ( constant_waterflux )  THEN
1112                qsws   = surface_waterflux
[407]1113!
1114!--             Over topography surface_waterflux is replaced by
1115!--             wall_humidityflux(0)
1116                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
1117                   wall_qflux = wall_humidityflux
[667]1118                   DO  i = nxlg, nxrg
1119                      DO  j = nysg, nyng
[407]1120                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1121                            qsws(j,i) = wall_qflux(0)
1122                         ENDIF
1123                      ENDDO
1124                   ENDDO
1125                ENDIF
[1]1126             ENDIF
1127          ENDIF
1128
1129       ENDIF
1130
1131!
[19]1132!--    Initialize fluxes at top surface
[94]1133!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
1134!--    The latent flux is zero in this case!
[19]1135       IF ( use_top_fluxes )  THEN
1136
1137          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
1138!
1139!--          Heat flux is prescribed
1140             tswst = top_heatflux
1141
[1053]1142             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1143                qswst = 0.0_wp
[1822]1144                IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert ) THEN
[1340]1145                   nrswst = 0.0_wp
1146                   qrswst = 0.0_wp
[1053]1147                ENDIF
1148             ENDIF
[94]1149
1150             IF ( ocean )  THEN
[95]1151                saswsb = bottom_salinityflux
[94]1152                saswst = top_salinityflux
1153             ENDIF
[102]1154          ENDIF
[19]1155
[102]1156!
1157!--       Initialization in case of a coupled model run
1158          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
[1340]1159             tswst = 0.0_wp
[102]1160          ENDIF
1161
[19]1162       ENDIF
1163
1164!
[1]1165!--    Initialize Prandtl layer quantities
[1691]1166       IF ( constant_flux_layer )  THEN
[1]1167
1168          z0 = roughness_length
[978]1169          z0h = z0h_factor * z0
[1788]1170          z0q = z0h_factor * z0
[1]1171
1172          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
1173!
1174!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
[1691]1175!--          simply estimated, because therefore ol, u* and theta* would have
[1]1176!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
1177!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
1178!--          value in the course of the first few time steps.
[1340]1179             shf   = 0.0_wp
[1]1180          ENDIF
1181
[75]1182          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1788]1183             IF (  .NOT.  constant_waterflux )  qsws   = 0.0_wp
[1822]1184             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1185                qrsws = 0.0_wp
1186                nrsws = 0.0_wp
[1053]1187             ENDIF
[1]1188          ENDIF
1189
1190       ENDIF
1191
[1179]1192!
1193!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1194!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1195       IF ( use_single_reference_value )  THEN
[1788]1196          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
[1179]1197             ref_state(:) = pt_reference
1198          ELSE
1199             ref_state(:) = vpt_reference
1200          ENDIF
1201       ELSE
[1788]1202          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
[1179]1203             ref_state(:) = pt_init(:)
1204          ELSE
1205             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1206          ENDIF
1207       ENDIF
[152]1208
1209!
[707]1210!--    For the moment, vertical velocity is zero
[1340]1211       w = 0.0_wp
[1]1212
1213!
1214!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
[1340]1215       sums = 0.0_wp
[1]1216
1217!
[707]1218!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
[1575]1219       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
[707]1220
1221!
[72]1222!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1223!--    are zero at beginning of the simulation
1224       IF ( cloud_physics )  THEN
[1340]1225          ql = 0.0_wp
[1822]1226          qc = 0.0_wp
1227
1228          precipitation_amount = 0.0_wp
[72]1229       ENDIF
[673]1230!
[1]1231!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1232       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1233          CALL init_rankine
1234       ENDIF
1235
1236!
1237!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1238       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1239          CALL init_pt_anomaly
1240       ENDIF
1241
1242!
1243!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
[1340]1244       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
[1]1245          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1246       ENDIF
1247
1248!
1249!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1250!--    run
[1788]1251       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND.                             &
[1340]1252            q_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
[1]1253          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1254       ENDIF
1255
1256!
1257!--    Initialize old and new time levels.
[1340]1258       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]1259       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1260
[75]1261       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1262          tq_m = 0.0_wp
[1]1263          q_p = q
[1822]1264          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1265             tqr_m = 0.0_wp
[1822]1266             qr_p  = qr
[1340]1267             tnr_m = 0.0_wp
[1822]1268             nr_p  = nr
[1053]1269          ENDIF
[1]1270       ENDIF
1271
[94]1272       IF ( ocean )  THEN
[1340]1273          tsa_m = 0.0_wp
[94]1274          sa_p  = sa
1275       ENDIF
[667]1276       
[1402]1277       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[94]1278
[1788]1279    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1280         TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                       &
[1]1281    THEN
[1384]1282
[1402]1283       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1284                              .FALSE. )
[1]1285!
[767]1286!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1287!--    some of the global variables from the restart file which are required
1288!--    for initializing the inflow
[328]1289       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
[559]1290
[759]1291          DO  i = 0, io_blocks-1
1292             IF ( i == io_group )  THEN
1293                CALL read_parts_of_var_list
1294                CALL close_file( 13 )
1295             ENDIF
1296#if defined( __parallel )
1297             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1298#endif
1299          ENDDO
[328]1300
[767]1301       ENDIF
1302
[151]1303!
[767]1304!--    Read binary data from restart file
1305       DO  i = 0, io_blocks-1
1306          IF ( i == io_group )  THEN
1307             CALL read_3d_binary
1308          ENDIF
1309#if defined( __parallel )
1310          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1311#endif
1312       ENDDO
1313
[328]1314!
[767]1315!--    Initialization of the turbulence recycling method
[1788]1316       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
[767]1317            turbulent_inflow )  THEN
1318!
1319!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1320!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1321!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1322!--       for u,v-components can be used.
[1615]1323          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,6) )
[151]1324
[767]1325          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1326             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1327             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1328          ELSE
[328]1329             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1330             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
[767]1331          ENDIF
1332          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1333          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
[1615]1334          mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)      ! q
[151]1335
1336!
[767]1337!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1338!--       profiles
1339          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1340             DO  i = nxlg, nxrg
[667]1341                DO  j = nysg, nyng
[328]1342                   DO  k = nzb, nzt+1
[767]1343                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1344                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
[328]1345                   ENDDO
[151]1346                ENDDO
[767]1347             ENDDO
1348          ENDIF
[151]1349
1350!
[767]1351!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1352!--       conditions are used)
1353          IF ( inflow_l )  THEN
1354             DO  j = nysg, nyng
1355                DO  k = nzb, nzt+1
1356                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1357                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
[1340]1358                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
[767]1359                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1360                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
[1615]1361                   IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )                       &
1362                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
[767]1363                ENDDO
1364             ENDDO
1365          ENDIF
1366
[151]1367!
[767]1368!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1369!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1370!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1371!--       in time.
[1340]1372          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
[767]1373!
1374!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1375!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1376!--          specified.
[1340]1377             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
[767]1378                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1379             ELSE
[1788]1380                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1381                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
[767]1382                     'calculated by the prerun is zero.'
1383                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
[292]1384             ENDIF
[151]1385
[767]1386          ENDIF
1387
[1340]1388          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
[151]1389!
[767]1390!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1391!--          layer
[1340]1392             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
[151]1393
[767]1394          ENDIF
[151]1395
[767]1396          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
[151]1397
[767]1398          DO  k = nzb, nzt+1
[151]1399
[767]1400             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
[1340]1401                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
[996]1402             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
[1340]1403                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
[996]1404                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1405                                           inflow_damping_width
[767]1406             ELSE
[1340]1407                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
[767]1408             ENDIF
[151]1409
[767]1410          ENDDO
[151]1411
[147]1412       ENDIF
1413
[152]1414!
[359]1415!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
[1788]1416       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
[359]1417            topography /= 'flat' )  THEN
1418!
1419!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1420!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1421!--       maybe revise later.
[1001]1422          DO  i = nxlg, nxrg
1423             DO  j = nysg, nyng
[1340]1424                u  (nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1425                v  (nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1426                w  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1427                e  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1428                tu_m(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1429                tv_m(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1430                tw_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1431                te_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1432                tpt_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
[359]1433             ENDDO
[1001]1434          ENDDO
[359]1435
1436       ENDIF
1437
1438!
[1]1439!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1440!--    of a sloping surface
1441       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1442
1443!
1444!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1445!--    including ghost points)
1446       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
[1053]1447       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1448          q_p = q
[1822]1449          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1053]1450             qr_p = qr
1451             nr_p = nr
1452          ENDIF
1453       ENDIF
[94]1454       IF ( ocean )  sa_p = sa
[1]1455
[181]1456!
1457!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1458!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1459!--    there before they are set.
[1340]1460       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]1461       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
[1340]1462          tq_m = 0.0_wp
[1822]1463          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1464             tqr_m = 0.0_wp
1465             tnr_m = 0.0_wp
[1053]1466          ENDIF
1467       ENDIF
[1340]1468       IF ( ocean )  tsa_m = 0.0_wp
[181]1469
[1402]1470       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1471
[1]1472    ELSE
1473!
1474!--    Actually this part of the programm should not be reached
[254]1475       message_string = 'unknown initializing problem'
1476       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]1477    ENDIF
1478
[151]1479
1480    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
[1]1481!
[151]1482!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1483       IF ( outflow_l )  THEN
1484          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1485          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1486          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1487       ENDIF
1488       IF ( outflow_r )  THEN
1489          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1490          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1491          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1492       ENDIF
1493       IF ( outflow_s )  THEN
1494          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1495          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1496          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1497       ENDIF
1498       IF ( outflow_n )  THEN
1499          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1500          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1501          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1502       ENDIF
[667]1503       
[151]1504    ENDIF
[680]1505
[667]1506!
1507!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
[709]1508    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
[151]1509
[767]1510       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
[667]1511
[1340]1512          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1513          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1514
[667]1515          IF ( nxr == nx )  THEN
1516             DO  j = nys, nyn
[1845]1517                DO  k = nzb_u_inner(j,nx)+1, nzt
[1788]1518                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
[767]1519                                              u_init(k) * dzw(k)
1520                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1521                ENDDO
1522             ENDDO
1523          ENDIF
1524         
1525          IF ( nyn == ny )  THEN
1526             DO  i = nxl, nxr
[1845]1527                DO  k = nzb_v_inner(ny,i)+1, nzt
[767]1528                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1529                                              v_init(k) * dzw(k)
1530                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1531                ENDDO
1532             ENDDO
1533          ENDIF
1534
1535#if defined( __parallel )
1536          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1537                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1538          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1539                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1540
1541#else
1542          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1543          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1544#endif 
1545
1546       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1547
[1340]1548          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1549          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[767]1550
1551          IF ( nxr == nx )  THEN
1552             DO  j = nys, nyn
[1845]1553                DO  k = nzb_u_inner(j,nx)+1, nzt
[1788]1554                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
[667]1555                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)
1556                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1557                ENDDO
1558             ENDDO
1559          ENDIF
1560         
1561          IF ( nyn == ny )  THEN
1562             DO  i = nxl, nxr
[1845]1563                DO  k = nzb_v_inner(ny,i)+1, nzt
[1788]1564                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
[709]1565                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)
[667]1566                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1567                ENDDO
1568             ENDDO
1569          ENDIF
1570
[732]1571#if defined( __parallel )
1572          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1573                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1574          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1575                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1576
1577#else
1578          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1579          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1580#endif 
1581
[667]1582       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1583
[1340]1584          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1585          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1586
[667]1587          IF ( nxr == nx )  THEN
1588             DO  j = nys, nyn
[1845]1589                DO  k = nzb_u_inner(j,nx)+1, nzt
[667]1590                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
[709]1591                                              u(k,j,nx) * dzw(k)
[667]1592                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1593                ENDDO
1594             ENDDO
1595          ENDIF
1596         
1597          IF ( nyn == ny )  THEN
1598             DO  i = nxl, nxr
[1845]1599                DO  k = nzb_v_inner(ny,i)+1, nzt
[1788]1600                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
[667]1601                                              v(k,ny,i) * dzw(k)
1602                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1603                ENDDO
1604             ENDDO
1605          ENDIF
1606
1607#if defined( __parallel )
[732]1608          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1609                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1610          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1611                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[667]1612
1613#else
[732]1614          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1615          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
[667]1616#endif 
1617
[732]1618       ENDIF
1619
[151]1620!
[709]1621!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1622!--    from u|v_bulk instead
[680]1623       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1624          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1625          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1626       ENDIF
[667]1627
[680]1628    ENDIF
1629
[787]1630!
1631!-- Initialize quantities for special advections schemes
1632    CALL init_advec
[680]1633
[667]1634!
[680]1635!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1636!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
[1788]1637    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
1638         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
[680]1639         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1640
[1402]1641       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
[680]1642       CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
1643       CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
[1402]1644       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1645
[1402]1646       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
[680]1647       n_sor = nsor_ini
[1221]1648       !$acc data copyin( d, ddzu, ddzw, nzb_s_inner, nzb_u_inner )            &
1649       !$acc      copyin( nzb_v_inner, nzb_w_inner, p, rflags_s_inner, tend )  &
1650       !$acc      copyin( weight_pres, weight_substep )                        &
1651       !$acc      copy( tri, tric, u, v, w )
[680]1652       CALL pres
[1111]1653       !$acc end data
[680]1654       n_sor = nsor
[1402]1655       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1656
[680]1657    ENDIF
1658
1659!
[1484]1660!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
[1826]1661    CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )
1662    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_init
1663    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[138]1664
1665!
[1]1666!-- If required, initialize dvrp-software
[1340]1667    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
[1]1668
[96]1669    IF ( ocean )  THEN
[1]1670!
[96]1671!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1672       CALL init_ocean
[388]1673
[96]1674    ELSE
1675!
1676!--    Initialize quantities for handling cloud physics
[849]1677!--    This routine must be called before lpm_init, because
[96]1678!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
[849]1679!--    lpm_init) is not defined.
[96]1680       CALL init_cloud_physics
[1849]1681!
1682!--    Initialize bulk cloud microphysics
1683       CALL microphysics_init
[96]1684    ENDIF
[1]1685
1686!
1687!-- If required, initialize particles
[849]1688    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
[1]1689
[1585]1690!
1691!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
1692    IF ( land_surface )  THEN
1693       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
[1817]1694       CALL lsm_init
[1585]1695       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1696    ENDIF
[1496]1697
[1]1698!
[1691]1699!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
1700!-- for initialization
1701    IF ( constant_flux_layer )  THEN
1702       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
1703       CALL init_surface_layer_fluxes
1704       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1705    ENDIF
1706
1707!
[1496]1708!-- If required, initialize radiation model
1709    IF ( radiation )  THEN
[1585]1710       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
[1826]1711       CALL radiation_init
[1585]1712       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1496]1713    ENDIF
[1914]1714   
1715!
1716!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
1717    IF ( wind_turbine )  THEN
1718       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
1719       CALL wtm_init
1720       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1721    ENDIF
[1496]1722
[1914]1723
[1496]1724!
[673]1725!-- Initialize the ws-scheme.   
1726    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
[1]1727
1728!
[709]1729!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
[1762]1730!-- and turbulent quantities from the RK substeps
[709]1731    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1732
[1322]1733       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
1734       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
1735       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
[709]1736
[1322]1737       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
1738       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
1739       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
[709]1740
1741    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1742
[1322]1743       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
1744       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
[673]1745         
[1322]1746       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
1747       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
[709]1748
[1001]1749    ELSE                                     ! for Euler-method
[709]1750
[1340]1751       weight_substep(1) = 1.0_wp     
1752       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
[709]1753
[673]1754    ENDIF
1755
1756!
[1]1757!-- Initialize Rayleigh damping factors
[1340]1758    rdf    = 0.0_wp
1759    rdf_sc = 0.0_wp
1760    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
[1788]1761       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
[108]1762          DO  k = nzb+1, nzt
1763             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
[1788]1764                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
[1340]1765                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
[1788]1766                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
[1]1767                      )**2
[108]1768             ENDIF
1769          ENDDO
1770       ELSE
1771          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1772             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
[1788]1773                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
[1340]1774                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
[1788]1775                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
[108]1776                      )**2
1777             ENDIF
1778          ENDDO
1779       ENDIF
[1]1780    ENDIF
[785]1781    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
[1]1782
1783!
[240]1784!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1785!-- the external pressure gradient
[1340]1786    dp_smooth_factor = 1.0_wp
[240]1787    IF ( dp_external )  THEN
1788!
1789!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1790!--    (e.g. in init_grid).
1791       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1792          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1793          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1794                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1795       ENDIF
1796       IF ( dp_smooth )  THEN
[1340]1797          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
[240]1798          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
[1340]1799             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
1800                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
1801                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
[240]1802          ENDDO
1803       ENDIF
1804    ENDIF
1805
1806!
[978]1807!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1808!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1809!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
[1340]1810    ptdf_x = 0.0_wp
1811    ptdf_y = 0.0_wp
[1159]1812    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
[996]1813       DO  i = nxl, nxr
[978]1814          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
[1340]1815             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
1816                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
[1788]1817                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
[73]1818          ENDIF
1819       ENDDO
[1159]1820    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
[996]1821       DO  i = nxl, nxr
[978]1822          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]1823             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1824                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1825                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
1826                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[73]1827          ENDIF
[978]1828       ENDDO 
[1159]1829    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
[996]1830       DO  j = nys, nyn
[978]1831          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]1832             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1833                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1834                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
1835                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]1836          ENDIF
[978]1837       ENDDO 
[1159]1838    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
[996]1839       DO  j = nys, nyn
[978]1840          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
[1322]1841             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1842                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1843                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
1844                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]1845          ENDIF
[73]1846       ENDDO
[1]1847    ENDIF
1848
1849!
1850!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
[1015]1851!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
1852!-- would bias the statistics
[1340]1853    rmask = 1.0_wp
1854    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
1855    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
[1]1856
1857!
[51]1858!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
[709]1859!-- of allowed timeseries is exceeded
[1]1860    CALL user_init
1861
[51]1862    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
[1788]1863       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
1864                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
[254]1865                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1866       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
[51]1867    ENDIF
1868
[1]1869!
1870!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1871!-- after call of user_init!
1872    CALL close_file( 13 )
1873
1874!
1875!-- Compute total sum of active mask grid points
[1738]1876!-- and the mean surface level height for each statistic region
[1]1877!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1878!--          total domain
1879!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
[132]1880    ngp_2dh_outer_l   = 0
1881    ngp_2dh_outer     = 0
1882    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1883    ngp_2dh_s_inner   = 0
1884    ngp_2dh_l         = 0
1885    ngp_2dh           = 0
[1340]1886    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
[132]1887    ngp_3d_inner      = 0
1888    ngp_3d            = 0
1889    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
[1]1890
[1738]1891    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
1892    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
1893
[1]1894    DO  sr = 0, statistic_regions
1895       DO  i = nxl, nxr
1896          DO  j = nys, nyn
[1340]1897             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
[1]1898!
1899!--             All xy-grid points
1900                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
[1788]1901                mean_surface_level_height_l(sr) = mean_surface_level_height_l(sr) &
1902                                                  + zw(nzb_s_inner(j,i))
[1]1903!
1904!--             xy-grid points above topography
1905                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1906                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1907                ENDDO
[132]1908                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1909                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1910                ENDDO
[1]1911!
1912!--             All grid points of the total domain above topography
[1788]1913                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr)                        &
1914                                     + ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
[1]1915             ENDIF
1916          ENDDO
1917       ENDDO
1918    ENDDO
1919
1920    sr = statistic_regions + 1
1921#if defined( __parallel )
[622]1922    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]1923    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
[1]1924                        comm2d, ierr )
[622]1925    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]1926    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
[1]1927                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]1928    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]1929    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
[132]1930                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]1931    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]1932    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
[1]1933                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
[485]1934    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1738]1935    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]1936    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
1937                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
[1738]1938                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1939    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
[1]1940#else
[132]1941    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1942    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1943    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
[485]1944    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1738]1945    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
[1]1946#endif
1947
[560]1948    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
1949             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]1950
1951!
1952!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1953!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1954!-- the respective subdomain lie below the surface topography
[667]1955    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
[1788]1956    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
[631]1957                           ngp_3d_inner(:) )
[667]1958    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
[1]1959
[1788]1960    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
[1738]1961                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
[1]1962
[1402]1963    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
[1]1964
1965 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.