source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 2249

Last change on this file since 2249 was 2233, 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: 79.4 KB
RevLine 
[1682]1!> @file init_3d_model.f90
[2000]2!------------------------------------------------------------------------------!
[1036]3! This file is part of PALM.
4!
[2000]5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
[1036]9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
[2101]17! Copyright 1997-2017 Leibniz Universitaet Hannover
[2000]18!------------------------------------------------------------------------------!
[1036]19!
[254]20! Current revisions:
[732]21! ------------------
[2233]22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: init_3d_model.f90 2233 2017-05-30 18:08:54Z sward $
27!
28! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
[2232]29! Adjustments to new topography and surface concept:
30!   - Modify passed parameters for disturb_field
31!   - Topography representation via flags
32!   - Remove unused arrays.
33!   - Move initialization of surface-related quantities to surface_mod
[1961]34!
[2173]35! 2172 2017-03-08 15:55:25Z knoop
36! Bugfix: moved parallel random generator initialization into its module
37!
[2119]38! 2118 2017-01-17 16:38:49Z raasch
39! OpenACC directives removed
40!
[2038]41! 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop
42! Anelastic approximation implemented
43!
[2032]44! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
45! renamed variable rho to rho_ocean
46!
[2012]47! 2011 2016-09-19 17:29:57Z kanani
48! Flag urban_surface is now defined in module control_parameters.
49!
[2008]50! 2007 2016-08-24 15:47:17Z kanani
51! Added support for urban surface model,
52! adjusted location_message in case of plant_canopy
53!
[2001]54! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
55! Forced header and separation lines into 80 columns
56!
[1993]57! 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring
58! Initializaton of scalarflux at model top
59! Bugfixes in initialization of surface and top salinity flux, top scalar and
60! humidity fluxes
61!
[1961]62! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
[1960]63! Separate humidity and passive scalar
64! Increase dimension for mean_inflow_profiles
65! Remove inadvertent write-statement
66! Bugfix, large-scale forcing is still not implemented for passive scalars
[1919]67!
[1958]68! 1957 2016-07-07 10:43:48Z suehring
69! flight module added
70!
[1921]71! 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring
72! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
73! calculation of Obukhov length
74!
[1919]75! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
76! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
77! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
78!         routine because otherwise results from pres are overwritten
79!
[1917]80! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
81! Added initialization of the wind turbine model
82!
[1879]83! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
84! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
85!
[1851]86! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
[1849]87! Adapted for modularization of microphysics.
88! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
[1852]89! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
[1849]90! microphysics_init.
91!
[1846]92! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
93! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
[1914]94!
[1834]95! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
96! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
97!
[1832]98! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
99! turbulence renamed collision_turbulence
100!
[1827]101! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
102! Renamed radiation calls.
103! Renamed canopy model calls.
104!
[1823]105! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
106! icloud_scheme replaced by microphysics_*
[1914]107!
[1818]108! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
109! Renamed lsm calls.
110!
[1816]111! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
112! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
113! in r1762)
114!
[1789]115! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
116! Added z0q.
117! Syntax layout improved.
118!
[1784]119! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
120! netcdf module name changed + related changes
121!
[1765]122! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
123! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
124!
[1763]125! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
126! Introduction of nested domain feature
127!
[1739]128! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
129! calculate mean surface level height for each statistic region
130!
[1735]131! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
132! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
133! set zero
134!
[1708]135! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
136! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
137! devision by zero in neutral stratification
138!
[1692]139! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
140! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
141!
[1683]142! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
143! Code annotations made doxygen readable
144!
[1616]145! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
146! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
147!
[1586]148! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
149! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
150!
[1576]151! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
152! adjustments for psolver-queries
153!
[1552]154! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
[1817]155! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
[1552]156! which is part of land_surface_model.
157!
[1508]158! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
159! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
160!
[1497]161! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
162! Added initialization of the land surface and radiation schemes
163!
[1485]164! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
[1484]165! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
[1508]166! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
167! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
168! call of subroutine init_plant_canopy added.
[1341]169!
[1432]170! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
171! var_d added, in order to normalize spectra.
172!
[1430]173! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
174! Ensemble run capability added to parallel random number generator
175!
[1412]176! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
177! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
178! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
179!
[1407]180! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
181! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
182! no-slip boundary condition for uv
183!
[1403]184! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
185! location messages modified
186!
[1401]187! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
188! Parallel random number generator added
189!
[1385]190! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
191! location messages added
192!
[1362]193! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
194! tend_* removed
195! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
196!
[1360]197! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
198! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
199! module
200!
[1354]201! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
202! REAL constants provided with KIND-attribute
203!
[1341]204! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
205! REAL constants defined as wp-kind
206!
[1323]207! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
208! REAL constants defined as wp-kind
209! module interfaces removed
210!
[1321]211! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
212! ONLY-attribute added to USE-statements,
213! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
214! kinds are defined in new module kinds,
215! revision history before 2012 removed,
216! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
217! all variable declaration statements
218!
[1317]219! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
220! Bugfix: allocation of w_subs
221!
[1300]222! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
223! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
224! with large scale forcing data (LSF_DATA)
225!
[1242]226! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
227! Overwrite initial profiles in case of nudging
228! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
229!
[1222]230! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
231! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
232! copy
233!
[1213]234! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
235! array tri is allocated and included in data copy statement
236!
[1196]237! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
238! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
239!
[1182]240! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
241! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
242!
[1172]243! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
244! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
245!
[1160]246! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
247! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
248!
[1154]249! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
250! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
[1171]251! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
[1154]252!
[1116]253! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
254! unused variables removed
255!
[1114]256! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
257! openACC directive modified
258!
[1112]259! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
260! openACC directives added for pres
261! array diss allocated only if required
262!
[1093]263! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
264! unused variables removed
265!
[1066]266! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
267! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
268!
[1054]269! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]270! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
271! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
272! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
273! +tend_*, prr
[979]274!
[1037]275! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
276! code put under GPL (PALM 3.9)
277!
[1033]278! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
279! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
280!
[1026]281! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
282! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
283!
[1017]284! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
285! mask is set to zero for ghost boundaries
286!
[1011]287! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
288! cpp switch __nopointer added for pointer free version
289!
[1004]290! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
291! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
292!
[1002]293! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
294! all actions concerning leapfrog scheme removed
295!
[997]296! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
297! little reformatting
298!
[979]299! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]300! outflow damping layer removed
301! roughness length for scalar quantites z0h added
302! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
303! boundaries added
304! initialization of ptdf_x, ptdf_y
305! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
[708]306!
[850]307! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
308! init_particles renamed lpm_init
309!
[826]310! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
311! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
312!
[1]313! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
314! Initial revision
315!
316!
317! Description:
318! ------------
[1682]319!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
320!> a) pre-run the 1D model
321!> or
322!> b) pre-set constant linear profiles
323!> or
324!> c) read values of a previous run
[1]325!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]326 SUBROUTINE init_3d_model
327 
[1]328
[667]329    USE advec_ws
[1320]330
[1]331    USE arrays_3d
[1849]332
[2037]333    USE cloud_parameters,                                                      &
334        ONLY:  cp, l_v, r_d
335
[1320]336    USE constants,                                                             &
337        ONLY:  pi
338   
[1]339    USE control_parameters
[1320]340   
[1957]341    USE flight_mod,                                                            &
342        ONLY:  flight_init
343   
[1320]344    USE grid_variables,                                                        &
[2037]345        ONLY:  dx, dy, ddx2_mg, ddy2_mg
[1320]346   
[1]347    USE indices
[1359]348
[1429]349    USE lpm_init_mod,                                                          &
[1359]350        ONLY:  lpm_init
[1320]351   
352    USE kinds
[1496]353
354    USE land_surface_model_mod,                                                &
[2232]355        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays
[1496]356 
[1241]357    USE ls_forcing_mod
[1849]358
359    USE microphysics_mod,                                                      &
360        ONLY:  collision_turbulence, microphysics_init
361
[1320]362    USE model_1d,                                                              &
363        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d 
364   
[1783]365    USE netcdf_interface,                                                      &
366        ONLY:  dots_max, dots_num
[1320]367   
368    USE particle_attributes,                                                   &
369        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
370   
[1]371    USE pegrid
[1320]372   
[1484]373    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
[1826]374        ONLY:  pcm_init, plant_canopy
[1496]375
376    USE radiation_model_mod,                                                   &
[1826]377        ONLY:  radiation_init, radiation
[1484]378   
[1320]379    USE random_function_mod 
380   
[1400]381    USE random_generator_parallel,                                             &
[2172]382        ONLY:  init_parallel_random_generator
[1400]383   
[1320]384    USE statistics,                                                            &
[1738]385        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
[1833]386               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
387               sums_l_l, sums_up_fraction_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,         &
388               weight_pres, weight_substep
[1691]389 
390    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
391        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
[2232]392
393    USE surface_mod,                                                           &
394        ONLY :  init_surface_arrays, init_surfaces, surf_def_h, surf_lsm_h,    &
395                surf_usm_h
[1691]396   
[2007]397    USE transpose_indices
[1]398
[2007]399    USE urban_surface_mod,                                                     &
[2011]400        ONLY:  usm_init_urban_surface
[2007]401
[1914]402    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
403        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays, wind_turbine
404
[1]405    IMPLICIT NONE
406
[1682]407    INTEGER(iwp) ::  i             !<
408    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
409    INTEGER(iwp) ::  j             !<
410    INTEGER(iwp) ::  k             !<
[2232]411    INTEGER(iwp) ::  k_surf        !< surface level index
412    INTEGER(iwp) ::  m             !< index of surface element in surface data type
413    INTEGER(iwp) ::  sr            !< index of statistic region
[1]414
[1682]415    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
[1]416
[1682]417    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
418    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
[1]419
[2037]420    REAL(wp)     ::  t_surface !< air temperature at the surface
421
422    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  p_hydrostatic !< hydrostatic pressure
423
424    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
425    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
426    REAL(wp) ::  dx_l !< grid spacing along x on different multigrid level
427    REAL(wp) ::  dy_l !< grid spacing along y on different multigrid level
428
[1764]429    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
430    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
[1]431
[1738]432    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
[1682]433    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
434    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
[1]435
[485]436
[1402]437    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
[1]438!
439!-- Allocate arrays
[1788]440    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
441              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
442              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
443              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
444              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
445              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
446              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
447              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
[1]448              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
[1195]449    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
[1788]450    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
451              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
452              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
453              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
454              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
455              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
456              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
457              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
458              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                    &
459              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
[394]460              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
[978]461    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
[1]462
[1788]463    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
464              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
465              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
466              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
[1010]467              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
468
469#if defined( __nopointer )
[1788]470    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
471              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
472              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
473              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
474              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
475              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
476              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
477              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
478              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
479              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
480              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
481              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
482              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
483              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
[1010]484              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
485#else
[1788]486    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
487              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
488              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
489              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
490              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
491              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
492              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
493              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
494              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
495              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
496              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
497              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
498              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
[667]499              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1788]500    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
[1032]501       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
502    ENDIF
[1010]503#endif
504
[673]505!
[707]506!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
507!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
508!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
509!-- solver.
510    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
511       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1575]512    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
[707]513!
514!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
515       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
[673]516    ENDIF
[1]517
[1111]518!
519!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
520    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
[1212]521       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
[1111]522       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
523    ENDIF
524
[1960]525    IF ( humidity )  THEN
[1]526!
[1960]527!--    3D-humidity
[1010]528#if defined( __nopointer )
[1788]529       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
530                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[1010]531                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
532#else
[1788]533       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
534                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[667]535                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]536#endif
[1]537
538!
[1960]539!--    3D-arrays needed for humidity
[75]540       IF ( humidity )  THEN
[1010]541#if defined( __nopointer )
542          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
543#else
[667]544          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]545#endif
[1]546
[1788]547          IF ( cloud_physics )  THEN
[1053]548
[1]549!
550!--          Liquid water content
[1010]551#if defined( __nopointer )
552             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
553#else
[667]554             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]555#endif
[72]556!
557!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
[1788]558             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
[667]559                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]560
561!
[1822]562!--          3D-cloud water content
[1053]563#if defined( __nopointer )
[1822]564             ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]565#else
[1822]566             ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]567#endif
[1822]568!
569!--          3d-precipitation rate
570             ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]571
[1822]572             IF ( microphysics_seifert )  THEN
[1053]573!
[1822]574!--             3D-rain water content, rain drop concentration arrays
[1115]575#if defined( __nopointer )
[1822]576                ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
577                          nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
578                          qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
579                          qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
580                          tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
581                          tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]582#else
[1822]583                ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
584                          nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
585                          nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
586                          qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
587                          qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
588                          qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]589#endif
[1822]590             ENDIF
[1053]591
[1]592          ENDIF
593
594          IF ( cloud_droplets )  THEN
595!
[1010]596!--          Liquid water content, change in liquid water content
597#if defined( __nopointer )
[1788]598             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
[1010]599                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
600#else
[1788]601             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
[1010]602                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
603#endif
604!
605!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
[1788]606             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
[667]607                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]608          ENDIF
609
610       ENDIF
611
612    ENDIF
[1960]613   
614   
615    IF ( passive_scalar )  THEN
[1]616
[1960]617!
618!--    3D scalar arrays
619#if defined( __nopointer )
620       ALLOCATE( s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
621                 s_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
622                 ts_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
623#else
624       ALLOCATE( s_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
625                 s_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
626                 s_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
627#endif
628    ENDIF
629
[94]630    IF ( ocean )  THEN
[1010]631#if defined( __nopointer )
[1788]632       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[2031]633                 rho_ocean(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[1788]634                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
635                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[1010]636                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
637#else
[1788]638       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
639                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
640                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
641                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[667]642                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[388]643       prho => prho_1
[2031]644       rho_ocean  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
[388]645                      ! density to be apointer
[1010]646#endif
[94]647    ENDIF
648
[1]649!
[2037]650!-- Allocation of anelastic and Boussinesq approximation specific arrays
651    ALLOCATE( p_hydrostatic(nzb:nzt+1) )
652    ALLOCATE( rho_air(nzb:nzt+1) )
653    ALLOCATE( rho_air_zw(nzb:nzt+1) )
654    ALLOCATE( drho_air(nzb:nzt+1) )
655    ALLOCATE( drho_air_zw(nzb:nzt+1) )
656
657!
658!-- Density profile calculation for anelastic approximation
659    IF ( TRIM( approximation ) == 'anelastic' ) THEN
660       t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**( r_d / cp )
661       DO  k = nzb, nzt+1
662          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
663                                ( 1 - ( g * zu(k) ) / ( cp * t_surface )       &
664                                )**( cp / r_d )
665          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
666                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
667                                  )**( r_d / cp )                              &
668                                ) / ( r_d * pt_init(k) )
669       ENDDO
670       DO  k = nzb, nzt
671          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
672       ENDDO
673       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
674                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
675    ELSE
676       rho_air     = 1.0_wp
677       rho_air_zw  = 1.0_wp
678    ENDIF
679
680!-- compute the inverse density array in order to avoid expencive divisions
681    drho_air    = 1.0_wp / rho_air
682    drho_air_zw = 1.0_wp / rho_air_zw
683
684!
685!-- Allocation of flux conversion arrays
686    ALLOCATE( heatflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
687    ALLOCATE( waterflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
688    ALLOCATE( momentumflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
689    ALLOCATE( heatflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
690    ALLOCATE( waterflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
691    ALLOCATE( momentumflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
692
693!
694!-- calculate flux conversion factors according to approximation and in-/output mode
695    DO  k = nzb, nzt+1
696
697        IF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'kinematic' )  THEN
698            heatflux_input_conversion(k)      = rho_air_zw(k)
699            waterflux_input_conversion(k)     = rho_air_zw(k)
700            momentumflux_input_conversion(k)  = rho_air_zw(k)
701        ELSEIF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'dynamic' ) THEN
702            heatflux_input_conversion(k)      = 1.0_wp / cp
703            waterflux_input_conversion(k)     = 1.0_wp / l_v
704            momentumflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
705        ENDIF
706
707        IF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'kinematic' )  THEN
708            heatflux_output_conversion(k)     = drho_air_zw(k)
709            waterflux_output_conversion(k)    = drho_air_zw(k)
710            momentumflux_output_conversion(k) = drho_air_zw(k)
711        ELSEIF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'dynamic' ) THEN
712            heatflux_output_conversion(k)     = cp
713            waterflux_output_conversion(k)    = l_v
714            momentumflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
715        ENDIF
716
717        IF ( .NOT. humidity ) THEN
718            waterflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
719            waterflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
720        ENDIF
721
722    ENDDO
723
724!
725!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
726!-- grid levels with respective density on each grid
727    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
728
729       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level) )
730       ALLOCATE( ddy2_mg(maximum_grid_level) )
731       ALLOCATE( dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
732       ALLOCATE( dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
733       ALLOCATE( f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
734       ALLOCATE( f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
735       ALLOCATE( f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
736       ALLOCATE( rho_air_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
737       ALLOCATE( rho_air_zw_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
738
739       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
740       rho_air_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air
741!       
742!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
743       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
744       rho_air_mg(nzb,maximum_grid_level) = rho_air(nzb) +                     &
745                                             (rho_air(nzb) - rho_air(nzb+1))
746
747       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
748       rho_air_zw_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air_zw
749       nzt_l = nzt
750       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
751           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
752           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
753           rho_air_mg(nzb,l)    = rho_air_mg(nzb,l+1) + (rho_air_mg(nzb,l+1) - rho_air_mg(nzb+1,l+1))
754           rho_air_zw_mg(nzb,l) = rho_air_zw_mg(nzb,l+1) + (rho_air_zw_mg(nzb,l+1) - rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1))
755           rho_air_mg(nzb+1,l)    = rho_air_mg(nzb+1,l+1)
756           rho_air_zw_mg(nzb+1,l) = rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1)
757           nzt_l = nzt_l / 2
758           DO  k = 2, nzt_l+1
759              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
760              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
761              rho_air_mg(k,l)    = rho_air_mg(2*k-1,l+1)
762              rho_air_zw_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(2*k-1,l+1)
763           ENDDO
764       ENDDO
765
766       nzt_l = nzt
767       dx_l  = dx
768       dy_l  = dy
769       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
770          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
771          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
772          DO  k = nzb+1, nzt_l
773             f2_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k,l) / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
774             f3_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k-1,l) / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
775             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) &
776                          * rho_air_mg(k,l) + f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
777          ENDDO
778          nzt_l = nzt_l / 2
779          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
780          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
781       ENDDO
782
783    ENDIF
784
785!
[1]786!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
787!-- particle velocities
[2118]788    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  collision_turbulence )&
789    THEN
[1153]790       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]791    ENDIF
792
793!
[1299]794!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
[1361]795    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
796       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
797       w_subs = 0.0_wp
798    ENDIF
[1299]799
800!
[106]801!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
802!-- are needed for radiation boundary conditions
[73]803    IF ( outflow_l )  THEN
[1788]804       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
805                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
[667]806                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
[73]807    ENDIF
808    IF ( outflow_r )  THEN
[1788]809       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
810                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
[667]811                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
[73]812    ENDIF
[106]813    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
[1788]814       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
[667]815                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
[106]816    ENDIF
[73]817    IF ( outflow_s )  THEN
[1788]818       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
819                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
[667]820                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
[73]821    ENDIF
822    IF ( outflow_n )  THEN
[1788]823       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
824                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
[667]825                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
[73]826    ENDIF
[106]827    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[1788]828       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
[667]829                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
[106]830    ENDIF
[996]831    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[978]832       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
833       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
834    ENDIF
[73]835
[978]836
[1010]837#if ! defined( __nopointer )
[73]838!
[1]839!-- Initial assignment of the pointers
[1001]840    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
[1032]841    IF ( .NOT. neutral )  THEN
842       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
843    ELSE
844       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
845    ENDIF
[1001]846    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
847    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
848    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
[1]849
[1960]850    IF ( humidity )  THEN
[1001]851       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
[1053]852       IF ( humidity )  THEN
853          vpt  => vpt_1   
854          IF ( cloud_physics )  THEN
855             ql => ql_1
[1822]856             qc => qc_1
857             IF ( microphysics_seifert )  THEN
858                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
859                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
[1053]860             ENDIF
861          ENDIF
862       ENDIF
[1001]863       IF ( cloud_droplets )  THEN
864          ql   => ql_1
865          ql_c => ql_2
[1]866       ENDIF
[1001]867    ENDIF
[1960]868   
869    IF ( passive_scalar )  THEN
870       s => s_1;  s_p => s_2;  ts_m => s_3
871    ENDIF   
[1]872
[1001]873    IF ( ocean )  THEN
874       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
875    ENDIF
[1010]876#endif
[1]877!
[2232]878!-- Initialize wall arrays
879    CALL init_surface_arrays
880!
[1551]881!-- Allocate land surface model arrays
882    IF ( land_surface )  THEN
[1817]883       CALL lsm_init_arrays
[1551]884    ENDIF
885
886!
[1914]887!-- Allocate wind turbine model arrays
888    IF ( wind_turbine )  THEN
889       CALL wtm_init_arrays
890    ENDIF
[1957]891   
892!
893!-- Initialize virtual flight measurements
894    IF ( virtual_flight )  THEN
895       CALL flight_init
896    ENDIF
[1914]897
898!
[709]899!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
900!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
901!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
902!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
903!-- will be set.
[1788]904    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
[1878]905              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
[1340]906    weight_substep = 1.0_wp
907    weight_pres    = 1.0_wp
[1918]908    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
[673]909       
[1402]910    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1918]911
[673]912!
[1918]913!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
914!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
915!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
916!-- are never initialized)
917    sums_divnew_l      = 0.0_wp
918    sums_divold_l      = 0.0_wp
919    sums_l_l           = 0.0_wp
920    sums_up_fraction_l = 0.0_wp
921    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
922
923!
[1]924!-- Initialize model variables
[1788]925    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
[328]926         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
[1]927!
928!--    First model run of a possible job queue.
929!--    Initial profiles of the variables must be computes.
930       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
[1384]931
[1402]932          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
[1]933!
934!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
935!--       start 1D model
936          CALL init_1d_model
937!
938!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
[667]939          DO  i = nxlg, nxrg
940             DO  j = nysg, nyng
[1]941                e(:,j,i)  = e1d
942                kh(:,j,i) = kh1d
943                km(:,j,i) = km1d
944                pt(:,j,i) = pt_init
945                u(:,j,i)  = u1d
946                v(:,j,i)  = v1d
947             ENDDO
948          ENDDO
949
[1960]950          IF ( humidity )  THEN
[667]951             DO  i = nxlg, nxrg
952                DO  j = nysg, nyng
[1]953                   q(:,j,i) = q_init
954                ENDDO
955             ENDDO
[1822]956             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1053]957                DO  i = nxlg, nxrg
958                   DO  j = nysg, nyng
[1340]959                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
960                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]961                   ENDDO
962                ENDDO
[1115]963
[1053]964             ENDIF
[1]965          ENDIF
[1960]966          IF ( passive_scalar )  THEN
967             DO  i = nxlg, nxrg
968                DO  j = nysg, nyng
969                   s(:,j,i) = s_init
970                ENDDO
971             ENDDO   
972          ENDIF
[1]973
974          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
[667]975             DO  i = nxlg, nxrg
976                DO  j = nysg, nyng
[1]977                   e(:,j,i)  = e1d
978                ENDDO
979             ENDDO
980!
981!--          Store initial profiles for output purposes etc.
982             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
983
984          ELSE
[1340]985             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
[1]986          ENDIF
987!
[1762]988!--       Inside buildings set velocities back to zero
[1]989          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[1762]990             DO  i = nxlg, nxrg
991                DO  j = nysg, nyng
[2232]992                   DO  k = nzb, nzt
993                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
994                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
995                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
996                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
997                   ENDDO
[1]998                ENDDO
999             ENDDO
[667]1000             
[1]1001!
1002!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
1003!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
1004!--                   below the topography; need to correct later
1005!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
1006!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
1007!--                     the topography.
[667]1008             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
1009!
[1]1010!--             Neumann condition
1011                DO  i = nxl-1, nxr+1
1012                   DO  j = nys-1, nyn+1
[2232]1013                      u(nzb,j,i) = u(nzb+1,j,i)
1014                      v(nzb,j,i) = v(nzb+1,j,i)
[1]1015                   ENDDO
1016                ENDDO
1017
1018             ENDIF
1019
1020          ENDIF
1021
[1402]1022          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1023
[1788]1024       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
[1]1025       THEN
[1241]1026
[1402]1027          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
[1]1028!
[1241]1029!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
[1788]1030          IF ( nudging )  THEN
[1241]1031             pt_init = ptnudge(:,1)
1032             u_init  = unudge(:,1)
1033             v_init  = vnudge(:,1)
[1960]1034             IF ( humidity  )  THEN ! is passive_scalar correct???
[1241]1035                q_init = qnudge(:,1)
1036             ENDIF
1037
[1788]1038             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ',       &
[1241]1039                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
1040             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
1041          ENDIF
1042
1043!
[1]1044!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
1045!--       temperature profile with constant gradient)
[667]1046          DO  i = nxlg, nxrg
1047             DO  j = nysg, nyng
[1]1048                pt(:,j,i) = pt_init
1049                u(:,j,i)  = u_init
1050                v(:,j,i)  = v_init
1051             ENDDO
1052          ENDDO
[75]1053
[1]1054!
[292]1055!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
1056!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
1057!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
[1815]1058!--       in the limiting formula!).
1059          IF ( ibc_uv_b /= 1 )  THEN
1060             DO  i = nxlg, nxrg
1061                DO  j = nysg, nyng
[2232]1062                   DO  k = nzb, nzt
1063                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1064                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 20 ) )
1065                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1066                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 21 ) )
1067                   ENDDO
[1815]1068                ENDDO
1069             ENDDO
1070          ENDIF
[1]1071
[1960]1072          IF ( humidity )  THEN
[667]1073             DO  i = nxlg, nxrg
1074                DO  j = nysg, nyng
[1]1075                   q(:,j,i) = q_init
1076                ENDDO
1077             ENDDO
[1822]1078             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1115]1079
[1822]1080                DO  i = nxlg, nxrg
1081                   DO  j = nysg, nyng
1082                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1083                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]1084                   ENDDO
[1822]1085                ENDDO
[1115]1086
[1053]1087             ENDIF
[1]1088          ENDIF
[1960]1089         
1090          IF ( passive_scalar )  THEN
1091             DO  i = nxlg, nxrg
1092                DO  j = nysg, nyng
1093                   s(:,j,i) = s_init
1094                ENDDO
1095             ENDDO
1096          ENDIF
[1]1097
[94]1098          IF ( ocean )  THEN
[667]1099             DO  i = nxlg, nxrg
1100                DO  j = nysg, nyng
[94]1101                   sa(:,j,i) = sa_init
1102                ENDDO
1103             ENDDO
1104          ENDIF
[1]1105         
1106          IF ( constant_diffusion )  THEN
1107             km   = km_constant
1108             kh   = km / prandtl_number
[1340]1109             e    = 0.0_wp
1110          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
[108]1111             DO  k = nzb+1, nzt
[1340]1112                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
[108]1113             ENDDO
1114             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
1115             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
1116             kh   = km / prandtl_number
1117             e    = e_init
[1]1118          ELSE
[108]1119             IF ( .NOT. ocean )  THEN
[1340]1120                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
1121                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
[108]1122                              ! production terms, as long as not yet
1123                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
1124             ELSE
[1340]1125                kh   = 0.00001_wp
1126                km   = 0.00001_wp
[108]1127             ENDIF
[1340]1128             e    = 0.0_wp
[1]1129          ENDIF
[1920]1130!
[1]1131!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
1132!--       of a sloping surface
1133          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1134
[1402]1135          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1136
[1788]1137       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
[46]1138       THEN
[1384]1139
[1402]1140          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
[46]1141!
1142!--       Initialization will completely be done by the user
1143          CALL user_init_3d_model
1144
[1402]1145          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1146
[1]1147       ENDIF
[1384]1148
[1402]1149       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
1150                              .FALSE. )
[1384]1151
[667]1152!
1153!--    Bottom boundary
1154       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
[1340]1155          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
1156          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
[667]1157       ENDIF
[1]1158
1159!
[151]1160!--    Apply channel flow boundary condition
[132]1161       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
[1340]1162          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1163          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
[132]1164       ENDIF
1165
1166!
[1]1167!--    Calculate virtual potential temperature
[1960]1168       IF ( humidity )  vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
[1]1169
1170!
1171!--    Store initial profiles for output purposes etc.
1172       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1173       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[667]1174       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
[1340]1175          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1176          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
[1]1177       ENDIF
1178       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1179       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1180       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1181
[97]1182       IF ( ocean )  THEN
1183!
1184!--       Store initial salinity profile
1185          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1186       ENDIF
[1]1187
[75]1188       IF ( humidity )  THEN
[1]1189!
1190!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1191!--       temperature
1192          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1193          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1194          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1195!
1196!--          Store initial profile of specific humidity and potential
1197!--          temperature
1198             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1199             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1200          ENDIF
1201       ENDIF
1202
1203       IF ( passive_scalar )  THEN
1204!
1205!--       Store initial scalar profile
[1960]1206          hom(:,1,115,:) = SPREAD(  s(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[1]1207       ENDIF
1208
1209!
[1400]1210!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1211       CALL random_function_ini
[1429]1212       
[1400]1213       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
[2172]1214          CALL init_parallel_random_generator(nx, ny, nys, nyn, nxl, nxr)
[1400]1215       ENDIF
1216!
[1179]1217!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1218!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1219       IF ( use_single_reference_value )  THEN
[1788]1220          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
[1179]1221             ref_state(:) = pt_reference
1222          ELSE
1223             ref_state(:) = vpt_reference
1224          ENDIF
1225       ELSE
[1788]1226          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
[1179]1227             ref_state(:) = pt_init(:)
1228          ELSE
1229             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1230          ENDIF
1231       ENDIF
[152]1232
1233!
[707]1234!--    For the moment, vertical velocity is zero
[1340]1235       w = 0.0_wp
[1]1236
1237!
1238!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
[1340]1239       sums = 0.0_wp
[1]1240
1241!
[707]1242!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
[1575]1243       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
[707]1244
1245!
[72]1246!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1247!--    are zero at beginning of the simulation
1248       IF ( cloud_physics )  THEN
[1340]1249          ql = 0.0_wp
[1822]1250          qc = 0.0_wp
1251
1252          precipitation_amount = 0.0_wp
[72]1253       ENDIF
[673]1254!
[1]1255!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1256       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1257          CALL init_rankine
1258       ENDIF
1259
1260!
1261!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1262       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1263          CALL init_pt_anomaly
1264       ENDIF
1265
1266!
1267!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
[1340]1268       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
[1]1269          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1270       ENDIF
1271
1272!
1273!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1274!--    run
[1960]1275       IF ( humidity  .AND.  q_surface_initial_change /= 0.0_wp )              &
[1]1276          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
[1960]1277         
1278       IF ( passive_scalar .AND.  s_surface_initial_change /= 0.0_wp )         &
1279          s(nzb,:,:) = s(nzb,:,:) + s_surface_initial_change
1280       
[1]1281
1282!
1283!--    Initialize old and new time levels.
[1340]1284       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]1285       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1286
[1960]1287       IF ( humidity  )  THEN
[1340]1288          tq_m = 0.0_wp
[1]1289          q_p = q
[1822]1290          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1291             tqr_m = 0.0_wp
[1822]1292             qr_p  = qr
[1340]1293             tnr_m = 0.0_wp
[1822]1294             nr_p  = nr
[1053]1295          ENDIF
[1]1296       ENDIF
[1960]1297       
1298       IF ( passive_scalar )  THEN
1299          ts_m = 0.0_wp
1300          s_p  = s
1301       ENDIF       
[1]1302
[94]1303       IF ( ocean )  THEN
[1340]1304          tsa_m = 0.0_wp
[94]1305          sa_p  = sa
1306       ENDIF
[667]1307       
[1402]1308       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[94]1309
[1788]1310    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
[2232]1311             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                   &
[1]1312    THEN
[1384]1313
[1402]1314       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1315                              .FALSE. )
[1]1316!
[2232]1317!--    Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1318!--    momentumfluxes, roughness, scaling parameters. As number of surface
1319!--    elements might be different between runs, e.g. in case of cyclic fill,
1320!--    and not all surface elements are read, surface elements need to be
1321!--    initialized before.     
1322       CALL init_surfaces
1323!
[767]1324!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1325!--    some of the global variables from the restart file which are required
1326!--    for initializing the inflow
[328]1327       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
[559]1328
[759]1329          DO  i = 0, io_blocks-1
1330             IF ( i == io_group )  THEN
1331                CALL read_parts_of_var_list
1332                CALL close_file( 13 )
1333             ENDIF
1334#if defined( __parallel )
1335             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1336#endif
1337          ENDDO
[328]1338
[767]1339       ENDIF
1340
[151]1341!
[767]1342!--    Read binary data from restart file
1343       DO  i = 0, io_blocks-1
1344          IF ( i == io_group )  THEN
1345             CALL read_3d_binary
1346          ENDIF
1347#if defined( __parallel )
1348          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1349#endif
1350       ENDDO
1351
[328]1352!
[767]1353!--    Initialization of the turbulence recycling method
[1788]1354       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
[767]1355            turbulent_inflow )  THEN
1356!
1357!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1358!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1359!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1360!--       for u,v-components can be used.
[1960]1361          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,7) )
[151]1362
[767]1363          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1364             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1365             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1366          ELSE
[328]1367             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1368             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
[767]1369          ENDIF
1370          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1371          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
[1960]1372          IF ( humidity )                                                      &
1373             mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)   ! q
1374          IF ( passive_scalar )                                                &
1375             mean_inflow_profiles(:,7) = hom_sum(:,115,0)   ! s
[151]1376
1377!
[767]1378!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1379!--       profiles
1380          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1381             DO  i = nxlg, nxrg
[667]1382                DO  j = nysg, nyng
[328]1383                   DO  k = nzb, nzt+1
[767]1384                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1385                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
[328]1386                   ENDDO
[151]1387                ENDDO
[767]1388             ENDDO
1389          ENDIF
[151]1390
1391!
[767]1392!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1393!--       conditions are used)
1394          IF ( inflow_l )  THEN
1395             DO  j = nysg, nyng
1396                DO  k = nzb, nzt+1
1397                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1398                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
[1340]1399                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
[767]1400                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1401                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
[1960]1402                   IF ( humidity )                                             &
[1615]1403                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
[1960]1404                   IF ( passive_scalar )                                       &
1405                      s(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7)                     
[767]1406                ENDDO
1407             ENDDO
1408          ENDIF
1409
[151]1410!
[767]1411!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1412!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1413!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1414!--       in time.
[1340]1415          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
[767]1416!
1417!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1418!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1419!--          specified.
[1340]1420             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
[767]1421                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1422             ELSE
[1788]1423                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1424                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
[767]1425                     'calculated by the prerun is zero.'
1426                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
[292]1427             ENDIF
[151]1428
[767]1429          ENDIF
1430
[1340]1431          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
[151]1432!
[767]1433!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1434!--          layer
[1340]1435             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
[151]1436
[767]1437          ENDIF
[151]1438
[767]1439          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
[151]1440
[767]1441          DO  k = nzb, nzt+1
[151]1442
[767]1443             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
[1340]1444                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
[996]1445             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
[1340]1446                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
[996]1447                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1448                                           inflow_damping_width
[767]1449             ELSE
[1340]1450                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
[767]1451             ENDIF
[151]1452
[767]1453          ENDDO
[151]1454
[147]1455       ENDIF
1456
[152]1457!
[359]1458!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
[1788]1459       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
[359]1460            topography /= 'flat' )  THEN
1461!
1462!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1463!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1464!--       maybe revise later.
[1001]1465          DO  i = nxlg, nxrg
1466             DO  j = nysg, nyng
[2232]1467                DO  k = nzb, nzt
1468                   u(k,j,i)     = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1469                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1470                   v(k,j,i)     = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1471                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1472                   w(k,j,i)     = MERGE( w(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1473                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1474                   e(k,j,i)     = MERGE( e(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1475                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1476                   tu_m(k,j,i)  = MERGE( tu_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1477                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1478                   tv_m(k,j,i)  = MERGE( tv_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1479                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1480                   tw_m(k,j,i)  = MERGE( tw_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1481                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1482                   te_m(k,j,i)  = MERGE( te_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1483                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1484                   tpt_m(k,j,i) = MERGE( tpt_m(k,j,i), 0.0_wp,                 &
1485                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1486                ENDDO
[359]1487             ENDDO
[1001]1488          ENDDO
[359]1489
1490       ENDIF
1491
1492!
[1]1493!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1494!--    of a sloping surface
1495       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1496
1497!
1498!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1499!--    including ghost points)
1500       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
[1960]1501       IF ( humidity )  THEN
[1053]1502          q_p = q
[1822]1503          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1053]1504             qr_p = qr
1505             nr_p = nr
1506          ENDIF
1507       ENDIF
[1960]1508       IF ( passive_scalar )  s_p  = s
1509       IF ( ocean          )  sa_p = sa
[1]1510
[181]1511!
1512!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1513!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1514!--    there before they are set.
[1340]1515       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
[1960]1516       IF ( humidity )  THEN
[1340]1517          tq_m = 0.0_wp
[1822]1518          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1519             tqr_m = 0.0_wp
1520             tnr_m = 0.0_wp
[1053]1521          ENDIF
1522       ENDIF
[1960]1523       IF ( passive_scalar )  ts_m  = 0.0_wp
1524       IF ( ocean          )  tsa_m = 0.0_wp
[181]1525
[1402]1526       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1527
[1]1528    ELSE
1529!
1530!--    Actually this part of the programm should not be reached
[254]1531       message_string = 'unknown initializing problem'
1532       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]1533    ENDIF
1534
[151]1535
1536    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
[1]1537!
[151]1538!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1539       IF ( outflow_l )  THEN
1540          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1541          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1542          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1543       ENDIF
1544       IF ( outflow_r )  THEN
1545          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1546          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1547          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1548       ENDIF
1549       IF ( outflow_s )  THEN
1550          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1551          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1552          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1553       ENDIF
1554       IF ( outflow_n )  THEN
1555          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1556          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1557          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1558       ENDIF
[667]1559       
[151]1560    ENDIF
[680]1561
[667]1562!
1563!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
[709]1564    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
[151]1565
[767]1566       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
[667]1567
[1340]1568          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1569          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1570
[667]1571          IF ( nxr == nx )  THEN
1572             DO  j = nys, nyn
[2232]1573                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]1574                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
[2232]1575                                              u_init(k) * dzw(k)               &
1576                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1577                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1578                                            )
1579
1580                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1581                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1582                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1583                                            )
[767]1584                ENDDO
1585             ENDDO
1586          ENDIF
1587         
1588          IF ( nyn == ny )  THEN
1589             DO  i = nxl, nxr
[2232]1590                DO  k = nzb+1, nzt
1591                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1592                                              v_init(k) * dzw(k)               &       
1593                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1594                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1595                                            )
1596                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1597                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1598                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1599                                            )
[767]1600                ENDDO
1601             ENDDO
1602          ENDIF
1603
1604#if defined( __parallel )
1605          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1606                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1607          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1608                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1609
1610#else
1611          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1612          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1613#endif 
1614
1615       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1616
[1340]1617          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1618          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[767]1619
1620          IF ( nxr == nx )  THEN
1621             DO  j = nys, nyn
[2232]1622                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]1623                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
[2232]1624                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)          &
1625                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1626                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1627                                            )
1628                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1629                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1630                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1631                                            )
[667]1632                ENDDO
1633             ENDDO
1634          ENDIF
1635         
1636          IF ( nyn == ny )  THEN
1637             DO  i = nxl, nxr
[2232]1638                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]1639                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
[2232]1640                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)          &       
1641                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1642                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1643                                            )
1644                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1645                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1646                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1647                                            )
[667]1648                ENDDO
1649             ENDDO
1650          ENDIF
1651
[732]1652#if defined( __parallel )
1653          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1654                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1655          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1656                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1657
1658#else
1659          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1660          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1661#endif 
1662
[667]1663       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1664
[1340]1665          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1666          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1667
[667]1668          IF ( nxr == nx )  THEN
1669             DO  j = nys, nyn
[2232]1670                DO  k = nzb+1, nzt
1671                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1672                                              u(k,j,nx) * dzw(k)               &
1673                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1674                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1675                                            )
1676                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1677                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1678                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1679                                            )
[667]1680                ENDDO
1681             ENDDO
1682          ENDIF
1683         
1684          IF ( nyn == ny )  THEN
1685             DO  i = nxl, nxr
[2232]1686                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]1687                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
[2232]1688                                              v(k,ny,i) * dzw(k)               &       
1689                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1690                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1691                                            )
1692                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1693                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1694                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1695                                            )
[667]1696                ENDDO
1697             ENDDO
1698          ENDIF
1699
1700#if defined( __parallel )
[732]1701          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1702                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1703          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1704                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[667]1705
1706#else
[732]1707          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1708          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
[667]1709#endif 
1710
[732]1711       ENDIF
1712
[151]1713!
[709]1714!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1715!--    from u|v_bulk instead
[680]1716       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1717          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1718          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1719       ENDIF
[667]1720
[680]1721    ENDIF
[2232]1722!
1723!-- Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1724!-- momentumfluxes, roughness, scaling parameters.
1725!-- This is already done in case of restart data. 
1726    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1727         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1728       CALL init_surfaces
1729!
1730!--    Finally, if random_heatflux is set, disturb shf at horizontal
1731!--    surfaces. Actually, this should be done in surface_mod, where all other
1732!--    initializations of surface quantities are done. However, this
1733!--    would create a ring dependency, hence, it is done here. Maybe delete
1734!--    disturb_heatflux and tranfer the respective code directly into the
1735!--    initialization in surface_mod.         
1736       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux  .AND.                &
1737            random_heatflux )  THEN
1738          IF ( surf_def_h(0)%ns >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_def_h(0) )
1739          IF ( surf_lsm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_lsm_h    )
1740          IF ( surf_usm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_usm_h    )
1741       ENDIF
1742    ENDIF
[680]1743
[787]1744!
[2232]1745!-- Initialize surface forcing corresponding to large-scale forcing. Therein,
1746!-- initialize heat-fluxes, etc. via datatype. Revise it later!
1747    IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
1748       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux )  THEN
1749          CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
1750       ENDIF
1751    ENDIF
1752!
[787]1753!-- Initialize quantities for special advections schemes
1754    CALL init_advec
[680]1755
[667]1756!
[680]1757!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1758!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
[1788]1759    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
1760         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
[680]1761         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1762
[1402]1763       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
[2232]1764       CALL disturb_field( 'u', tend, u )
1765       CALL disturb_field( 'v', tend, v )
[1402]1766       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1767
[1402]1768       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
[680]1769       n_sor = nsor_ini
1770       CALL pres
1771       n_sor = nsor
[1402]1772       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1773
[680]1774    ENDIF
1775
1776!
[1484]1777!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
[2007]1778    IF ( plant_canopy )  THEN
1779       CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )   
1780       CALL pcm_init
1781       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1782    ENDIF
[138]1783
1784!
[1]1785!-- If required, initialize dvrp-software
[1340]1786    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
[1]1787
[96]1788    IF ( ocean )  THEN
[1]1789!
[96]1790!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1791       CALL init_ocean
[388]1792
[96]1793    ELSE
1794!
1795!--    Initialize quantities for handling cloud physics
[849]1796!--    This routine must be called before lpm_init, because
[96]1797!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
[849]1798!--    lpm_init) is not defined.
[96]1799       CALL init_cloud_physics
[1849]1800!
1801!--    Initialize bulk cloud microphysics
1802       CALL microphysics_init
[96]1803    ENDIF
[1]1804
1805!
1806!-- If required, initialize particles
[849]1807    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
[1]1808
[1585]1809!
1810!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
1811    IF ( land_surface )  THEN
1812       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
[1817]1813       CALL lsm_init
[1585]1814       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1815    ENDIF
[1496]1816
[1]1817!
[1691]1818!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
1819!-- for initialization
1820    IF ( constant_flux_layer )  THEN
1821       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
1822       CALL init_surface_layer_fluxes
1823       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1824    ENDIF
1825
1826!
[1496]1827!-- If required, initialize radiation model
1828    IF ( radiation )  THEN
[1585]1829       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
[1826]1830       CALL radiation_init
[1585]1831       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1496]1832    ENDIF
[2007]1833
[1914]1834!
[2007]1835!-- If required, initialize urban surface model
1836    IF ( urban_surface )  THEN
1837       CALL location_message( 'initializing urban surface model', .FALSE. )
1838       CALL usm_init_urban_surface
1839       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1840    ENDIF
1841
1842!
[1914]1843!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
1844    IF ( wind_turbine )  THEN
1845       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
1846       CALL wtm_init
1847       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1848    ENDIF
[1496]1849
[1914]1850
[1496]1851!
[673]1852!-- Initialize the ws-scheme.   
1853    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
[1]1854
1855!
[709]1856!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
[1762]1857!-- and turbulent quantities from the RK substeps
[709]1858    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1859
[1322]1860       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
1861       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
1862       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
[709]1863
[1322]1864       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
1865       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
1866       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
[709]1867
1868    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1869
[1322]1870       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
1871       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
[673]1872         
[1322]1873       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
1874       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
[709]1875
[1001]1876    ELSE                                     ! for Euler-method
[709]1877
[1340]1878       weight_substep(1) = 1.0_wp     
1879       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
[709]1880
[673]1881    ENDIF
1882
1883!
[1]1884!-- Initialize Rayleigh damping factors
[1340]1885    rdf    = 0.0_wp
1886    rdf_sc = 0.0_wp
1887    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
[1788]1888       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
[108]1889          DO  k = nzb+1, nzt
1890             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
[1788]1891                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
[1340]1892                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
[1788]1893                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
[1]1894                      )**2
[108]1895             ENDIF
1896          ENDDO
1897       ELSE
1898          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1899             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
[1788]1900                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
[1340]1901                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
[1788]1902                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
[108]1903                      )**2
1904             ENDIF
1905          ENDDO
1906       ENDIF
[1]1907    ENDIF
[785]1908    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
[1]1909
1910!
[240]1911!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1912!-- the external pressure gradient
[1340]1913    dp_smooth_factor = 1.0_wp
[240]1914    IF ( dp_external )  THEN
1915!
1916!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1917!--    (e.g. in init_grid).
1918       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1919          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1920          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1921                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1922       ENDIF
1923       IF ( dp_smooth )  THEN
[1340]1924          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
[240]1925          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
[1340]1926             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
1927                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
1928                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
[240]1929          ENDDO
1930       ENDIF
1931    ENDIF
1932
1933!
[978]1934!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1935!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1936!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
[1340]1937    ptdf_x = 0.0_wp
1938    ptdf_y = 0.0_wp
[1159]1939    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
[996]1940       DO  i = nxl, nxr
[978]1941          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
[1340]1942             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
1943                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
[1788]1944                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
[73]1945          ENDIF
1946       ENDDO
[1159]1947    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
[996]1948       DO  i = nxl, nxr
[978]1949          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]1950             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1951                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1952                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
1953                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[73]1954          ENDIF
[978]1955       ENDDO 
[1159]1956    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
[996]1957       DO  j = nys, nyn
[978]1958          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]1959             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1960                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1961                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
1962                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]1963          ENDIF
[978]1964       ENDDO 
[1159]1965    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
[996]1966       DO  j = nys, nyn
[978]1967          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
[1322]1968             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1969                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1970                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
1971                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]1972          ENDIF
[73]1973       ENDDO
[1]1974    ENDIF
1975
1976!
1977!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
[1015]1978!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
1979!-- would bias the statistics
[1340]1980    rmask = 1.0_wp
1981    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
1982    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
[1]1983
1984!
[51]1985!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
[709]1986!-- of allowed timeseries is exceeded
[1]1987    CALL user_init
1988
[51]1989    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
[1788]1990       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
1991                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
[254]1992                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1993       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
[51]1994    ENDIF
1995
[1]1996!
1997!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1998!-- after call of user_init!
1999    CALL close_file( 13 )
2000
2001!
2002!-- Compute total sum of active mask grid points
[1738]2003!-- and the mean surface level height for each statistic region
[1]2004!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
2005!--          total domain
2006!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
[132]2007    ngp_2dh_outer_l   = 0
2008    ngp_2dh_outer     = 0
2009    ngp_2dh_s_inner_l = 0
2010    ngp_2dh_s_inner   = 0
2011    ngp_2dh_l         = 0
2012    ngp_2dh           = 0
[1340]2013    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
[132]2014    ngp_3d_inner      = 0
2015    ngp_3d            = 0
2016    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
[1]2017
[1738]2018    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
2019    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
2020
[2232]2021!
2022!-- To do: New concept for these non-topography grid points!
[1]2023    DO  sr = 0, statistic_regions
2024       DO  i = nxl, nxr
2025          DO  j = nys, nyn
[1340]2026             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
[1]2027!
2028!--             All xy-grid points
2029                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
2030!
[2232]2031!--             Determine mean surface-level height. In case of downward-
2032!--             facing walls are present, more than one surface level exist.
2033!--             In this case, use the lowest surface-level height.
2034                IF ( surf_def_h(0)%start_index(j,i) <=                         &
2035                     surf_def_h(0)%end_index(j,i) )  THEN
2036                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
2037                   k = surf_def_h(0)%k(m)
2038                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2039                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2040                ENDIF
2041                IF ( surf_lsm_h%start_index(j,i) <=                            &
2042                     surf_lsm_h%end_index(j,i) )  THEN
2043                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
2044                   k = surf_lsm_h%k(m)
2045                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2046                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2047                ENDIF
2048                IF ( surf_usm_h%start_index(j,i) <=                            &
2049                     surf_usm_h%end_index(j,i) )  THEN
2050                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
2051                   k = surf_usm_h%k(m)
2052                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2053                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2054                ENDIF
2055
2056                k_surf = k - 1
2057
2058                DO  k = nzb, nzt+1
2059!
2060!--                xy-grid points above topography
2061                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr)     +         &
2062                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 24 ) )
2063
2064                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) +         &
2065                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 22 ) )
2066
[1]2067                ENDDO
2068!
2069!--             All grid points of the total domain above topography
[2232]2070                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + ( nz - k_surf + 2 )
2071
2072
2073
[1]2074             ENDIF
2075          ENDDO
2076       ENDDO
2077    ENDDO
2078
2079    sr = statistic_regions + 1
2080#if defined( __parallel )
[622]2081    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]2082    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
[1]2083                        comm2d, ierr )
[622]2084    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]2085    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
[1]2086                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]2087    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]2088    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
[132]2089                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]2090    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]2091    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
[1]2092                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
[485]2093    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1738]2094    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]2095    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
2096                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
[1738]2097                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2098    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
[1]2099#else
[132]2100    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
2101    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
2102    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
[485]2103    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1738]2104    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
[1]2105#endif
2106
[560]2107    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
2108             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]2109
2110!
2111!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
2112!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
2113!-- the respective subdomain lie below the surface topography
[667]2114    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
[1788]2115    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
[631]2116                           ngp_3d_inner(:) )
[667]2117    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
[1]2118
[1788]2119    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
[1738]2120                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
[1]2121
[1402]2122    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
[1]2123
2124 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.