source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 2259

Last change on this file since 2259 was 2259, checked in by gronemeier, 7 years ago

Implemented synthetic turbulence generator

  • Property svn:keywords set to Id
  • Property svn:mergeinfo set to False
    /palm/branches/forwind/SOURCE/init_3d_model.f901564-1913
File size: 80.8 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 2259 2017-06-08 09:09:11Z gronemeier $
[2259]27! Implemented synthetic turbulence generator
28!
29! 2252 2017-06-07 09:35:37Z knoop
[2252]30! rho_air now depending on surface_pressure even in Boussinesq mode
31!
32! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
[2233]33!
34! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
[2232]35! Adjustments to new topography and surface concept:
36!   - Modify passed parameters for disturb_field
37!   - Topography representation via flags
38!   - Remove unused arrays.
39!   - Move initialization of surface-related quantities to surface_mod
[1961]40!
[2173]41! 2172 2017-03-08 15:55:25Z knoop
42! Bugfix: moved parallel random generator initialization into its module
43!
[2119]44! 2118 2017-01-17 16:38:49Z raasch
45! OpenACC directives removed
46!
[2038]47! 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop
48! Anelastic approximation implemented
49!
[2032]50! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
51! renamed variable rho to rho_ocean
52!
[2012]53! 2011 2016-09-19 17:29:57Z kanani
54! Flag urban_surface is now defined in module control_parameters.
55!
[2008]56! 2007 2016-08-24 15:47:17Z kanani
57! Added support for urban surface model,
58! adjusted location_message in case of plant_canopy
59!
[2001]60! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
61! Forced header and separation lines into 80 columns
62!
[1993]63! 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring
64! Initializaton of scalarflux at model top
65! Bugfixes in initialization of surface and top salinity flux, top scalar and
66! humidity fluxes
67!
[1961]68! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
[1960]69! Separate humidity and passive scalar
70! Increase dimension for mean_inflow_profiles
71! Remove inadvertent write-statement
72! Bugfix, large-scale forcing is still not implemented for passive scalars
[1919]73!
[1958]74! 1957 2016-07-07 10:43:48Z suehring
75! flight module added
76!
[1921]77! 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring
78! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
79! calculation of Obukhov length
80!
[1919]81! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
82! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
83! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
84!         routine because otherwise results from pres are overwritten
85!
[1917]86! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
87! Added initialization of the wind turbine model
88!
[1879]89! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
90! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
91!
[1851]92! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
[1849]93! Adapted for modularization of microphysics.
94! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
[1852]95! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
[1849]96! microphysics_init.
97!
[1846]98! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
99! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
[1914]100!
[1834]101! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
102! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
103!
[1832]104! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
105! turbulence renamed collision_turbulence
106!
[1827]107! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
108! Renamed radiation calls.
109! Renamed canopy model calls.
110!
[1823]111! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
112! icloud_scheme replaced by microphysics_*
[1914]113!
[1818]114! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
115! Renamed lsm calls.
116!
[1816]117! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
118! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
119! in r1762)
120!
[1789]121! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
122! Added z0q.
123! Syntax layout improved.
124!
[1784]125! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
126! netcdf module name changed + related changes
127!
[1765]128! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
129! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
130!
[1763]131! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
132! Introduction of nested domain feature
133!
[1739]134! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
135! calculate mean surface level height for each statistic region
136!
[1735]137! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
138! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
139! set zero
140!
[1708]141! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
142! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
143! devision by zero in neutral stratification
144!
[1692]145! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
146! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
147!
[1683]148! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
149! Code annotations made doxygen readable
150!
[1616]151! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
152! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
153!
[1586]154! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
155! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
156!
[1576]157! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
158! adjustments for psolver-queries
159!
[1552]160! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
[1817]161! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
[1552]162! which is part of land_surface_model.
163!
[1508]164! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
165! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
166!
[1497]167! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
168! Added initialization of the land surface and radiation schemes
169!
[1485]170! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
[1484]171! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
[1508]172! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
173! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
174! call of subroutine init_plant_canopy added.
[1341]175!
[1432]176! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
177! var_d added, in order to normalize spectra.
178!
[1430]179! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
180! Ensemble run capability added to parallel random number generator
181!
[1412]182! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
183! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
184! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
185!
[1407]186! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
187! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
188! no-slip boundary condition for uv
189!
[1403]190! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
191! location messages modified
192!
[1401]193! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
194! Parallel random number generator added
195!
[1385]196! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
197! location messages added
198!
[1362]199! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
200! tend_* removed
201! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
202!
[1360]203! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
204! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
205! module
206!
[1354]207! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
208! REAL constants provided with KIND-attribute
209!
[1341]210! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
211! REAL constants defined as wp-kind
212!
[1323]213! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
214! REAL constants defined as wp-kind
215! module interfaces removed
216!
[1321]217! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
218! ONLY-attribute added to USE-statements,
219! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
220! kinds are defined in new module kinds,
221! revision history before 2012 removed,
222! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
223! all variable declaration statements
224!
[1317]225! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
226! Bugfix: allocation of w_subs
227!
[1300]228! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
229! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
230! with large scale forcing data (LSF_DATA)
231!
[1242]232! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
233! Overwrite initial profiles in case of nudging
234! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
235!
[1222]236! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
237! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
238! copy
239!
[1213]240! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
241! array tri is allocated and included in data copy statement
242!
[1196]243! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
244! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
245!
[1182]246! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
247! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
248!
[1172]249! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
250! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
251!
[1160]252! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
253! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
254!
[1154]255! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
256! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
[1171]257! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
[1154]258!
[1116]259! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
260! unused variables removed
261!
[1114]262! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
263! openACC directive modified
264!
[1112]265! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
266! openACC directives added for pres
267! array diss allocated only if required
268!
[1093]269! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
270! unused variables removed
271!
[1066]272! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
273! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
274!
[1054]275! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]276! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
277! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
278! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
279! +tend_*, prr
[979]280!
[1037]281! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
282! code put under GPL (PALM 3.9)
283!
[1033]284! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
285! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
286!
[1026]287! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
288! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
289!
[1017]290! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
291! mask is set to zero for ghost boundaries
292!
[1011]293! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
294! cpp switch __nopointer added for pointer free version
295!
[1004]296! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
297! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
298!
[1002]299! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
300! all actions concerning leapfrog scheme removed
301!
[997]302! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
303! little reformatting
304!
[979]305! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]306! outflow damping layer removed
307! roughness length for scalar quantites z0h added
308! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
309! boundaries added
310! initialization of ptdf_x, ptdf_y
311! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
[708]312!
[850]313! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
314! init_particles renamed lpm_init
315!
[826]316! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
317! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
318!
[1]319! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
320! Initial revision
321!
322!
323! Description:
324! ------------
[1682]325!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
326!> a) pre-run the 1D model
327!> or
328!> b) pre-set constant linear profiles
329!> or
330!> c) read values of a previous run
[1]331!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]332 SUBROUTINE init_3d_model
333 
[1]334
[667]335    USE advec_ws
[1320]336
[1]337    USE arrays_3d
[1849]338
[2037]339    USE cloud_parameters,                                                      &
340        ONLY:  cp, l_v, r_d
341
[1320]342    USE constants,                                                             &
343        ONLY:  pi
344   
[1]345    USE control_parameters
[1320]346   
[1957]347    USE flight_mod,                                                            &
348        ONLY:  flight_init
349   
[1320]350    USE grid_variables,                                                        &
[2037]351        ONLY:  dx, dy, ddx2_mg, ddy2_mg
[1320]352   
[1]353    USE indices
[1359]354
[1429]355    USE lpm_init_mod,                                                          &
[1359]356        ONLY:  lpm_init
[1320]357   
358    USE kinds
[1496]359
360    USE land_surface_model_mod,                                                &
[2232]361        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays
[1496]362 
[1241]363    USE ls_forcing_mod
[1849]364
365    USE microphysics_mod,                                                      &
366        ONLY:  collision_turbulence, microphysics_init
367
[1320]368    USE model_1d,                                                              &
369        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d 
370   
[1783]371    USE netcdf_interface,                                                      &
372        ONLY:  dots_max, dots_num
[1320]373   
374    USE particle_attributes,                                                   &
375        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
376   
[1]377    USE pegrid
[1320]378   
[1484]379    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
[1826]380        ONLY:  pcm_init, plant_canopy
[1496]381
382    USE radiation_model_mod,                                                   &
[1826]383        ONLY:  radiation_init, radiation
[1484]384   
[1320]385    USE random_function_mod 
386   
[1400]387    USE random_generator_parallel,                                             &
[2172]388        ONLY:  init_parallel_random_generator
[1400]389   
[1320]390    USE statistics,                                                            &
[1738]391        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
[1833]392               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
393               sums_l_l, sums_up_fraction_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,         &
394               weight_pres, weight_substep
[2259]395
396    USE synthetic_turbulence_generator_mod,                                    &
397        ONLY:  stg_init, use_synthetic_turbulence_generator
398
[1691]399    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
400        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
[2232]401
402    USE surface_mod,                                                           &
403        ONLY :  init_surface_arrays, init_surfaces, surf_def_h, surf_lsm_h,    &
404                surf_usm_h
[1691]405   
[2007]406    USE transpose_indices
[1]407
[2007]408    USE urban_surface_mod,                                                     &
[2011]409        ONLY:  usm_init_urban_surface
[2007]410
[1914]411    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
412        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays, wind_turbine
413
[1]414    IMPLICIT NONE
415
[1682]416    INTEGER(iwp) ::  i             !<
417    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
418    INTEGER(iwp) ::  j             !<
419    INTEGER(iwp) ::  k             !<
[2232]420    INTEGER(iwp) ::  k_surf        !< surface level index
421    INTEGER(iwp) ::  m             !< index of surface element in surface data type
422    INTEGER(iwp) ::  sr            !< index of statistic region
[1]423
[1682]424    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
[1]425
[1682]426    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
427    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
[1]428
[2037]429    REAL(wp)     ::  t_surface !< air temperature at the surface
430
431    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  p_hydrostatic !< hydrostatic pressure
432
433    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
434    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
435    REAL(wp) ::  dx_l !< grid spacing along x on different multigrid level
436    REAL(wp) ::  dy_l !< grid spacing along y on different multigrid level
437
[1764]438    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
439    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
[1]440
[1738]441    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
[1682]442    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
443    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
[1]444
[485]445
[1402]446    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
[1]447!
448!-- Allocate arrays
[1788]449    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
450              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
451              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
452              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
453              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
454              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
455              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
456              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
[1]457              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
[1195]458    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
[1788]459    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
460              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
461              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
462              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
463              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
464              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
465              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
466              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
467              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                    &
468              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
[394]469              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
[978]470    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
[1]471
[1788]472    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
473              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
474              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
475              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
[1010]476              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
477
478#if defined( __nopointer )
[1788]479    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
480              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
481              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
482              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
483              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
484              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
485              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
486              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
487              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
488              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
489              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
490              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
491              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
492              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
[1010]493              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
494#else
[1788]495    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
496              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
497              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
498              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
499              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
500              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
501              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
502              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
503              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
504              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
505              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
506              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
507              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
[667]508              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1788]509    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
[1032]510       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
511    ENDIF
[1010]512#endif
513
[673]514!
[707]515!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
516!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
517!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
518!-- solver.
519    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
520       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1575]521    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
[707]522!
523!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
524       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
[673]525    ENDIF
[1]526
[1111]527!
528!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
529    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
[1212]530       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
[1111]531       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
532    ENDIF
533
[1960]534    IF ( humidity )  THEN
[1]535!
[1960]536!--    3D-humidity
[1010]537#if defined( __nopointer )
[1788]538       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
539                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[1010]540                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
541#else
[1788]542       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
543                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[667]544                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]545#endif
[1]546
547!
[1960]548!--    3D-arrays needed for humidity
[75]549       IF ( humidity )  THEN
[1010]550#if defined( __nopointer )
551          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
552#else
[667]553          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]554#endif
[1]555
[1788]556          IF ( cloud_physics )  THEN
[1053]557
[1]558!
559!--          Liquid water content
[1010]560#if defined( __nopointer )
561             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
562#else
[667]563             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]564#endif
[72]565!
566!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
[1788]567             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
[667]568                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]569
570!
[1822]571!--          3D-cloud water content
[1053]572#if defined( __nopointer )
[1822]573             ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]574#else
[1822]575             ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]576#endif
[1822]577!
578!--          3d-precipitation rate
579             ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]580
[1822]581             IF ( microphysics_seifert )  THEN
[1053]582!
[1822]583!--             3D-rain water content, rain drop concentration arrays
[1115]584#if defined( __nopointer )
[1822]585                ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
586                          nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
587                          qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
588                          qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
589                          tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
590                          tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]591#else
[1822]592                ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
593                          nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
594                          nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
595                          qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
596                          qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
597                          qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]598#endif
[1822]599             ENDIF
[1053]600
[1]601          ENDIF
602
603          IF ( cloud_droplets )  THEN
604!
[1010]605!--          Liquid water content, change in liquid water content
606#if defined( __nopointer )
[1788]607             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
[1010]608                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
609#else
[1788]610             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
[1010]611                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
612#endif
613!
614!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
[1788]615             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
[667]616                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]617          ENDIF
618
619       ENDIF
620
621    ENDIF
[1960]622   
623   
624    IF ( passive_scalar )  THEN
[1]625
[1960]626!
627!--    3D scalar arrays
628#if defined( __nopointer )
629       ALLOCATE( s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
630                 s_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
631                 ts_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
632#else
633       ALLOCATE( s_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
634                 s_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
635                 s_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
636#endif
637    ENDIF
638
[94]639    IF ( ocean )  THEN
[1010]640#if defined( __nopointer )
[1788]641       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[2031]642                 rho_ocean(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[1788]643                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
644                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[1010]645                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
646#else
[1788]647       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
648                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
649                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
650                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[667]651                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[388]652       prho => prho_1
[2031]653       rho_ocean  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
[388]654                      ! density to be apointer
[1010]655#endif
[94]656    ENDIF
657
[1]658!
[2037]659!-- Allocation of anelastic and Boussinesq approximation specific arrays
660    ALLOCATE( p_hydrostatic(nzb:nzt+1) )
661    ALLOCATE( rho_air(nzb:nzt+1) )
662    ALLOCATE( rho_air_zw(nzb:nzt+1) )
663    ALLOCATE( drho_air(nzb:nzt+1) )
664    ALLOCATE( drho_air_zw(nzb:nzt+1) )
665
666!
667!-- Density profile calculation for anelastic approximation
[2252]668    t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**( r_d / cp )
[2037]669    IF ( TRIM( approximation ) == 'anelastic' ) THEN
670       DO  k = nzb, nzt+1
671          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
672                                ( 1 - ( g * zu(k) ) / ( cp * t_surface )       &
673                                )**( cp / r_d )
674          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
675                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
676                                  )**( r_d / cp )                              &
677                                ) / ( r_d * pt_init(k) )
678       ENDDO
679       DO  k = nzb, nzt
680          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
681       ENDDO
682       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
683                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
684    ELSE
[2252]685       DO  k = nzb, nzt+1
686          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
687                                ( 1 - ( g * zu(nzb) ) / ( cp * t_surface )       &
688                                )**( cp / r_d )
689          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
690                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
691                                  )**( r_d / cp )                              &
692                                ) / ( r_d * pt_init(nzb) )
693       ENDDO
694       DO  k = nzb, nzt
695          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
696       ENDDO
697       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
698                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
[2037]699    ENDIF
700
701!-- compute the inverse density array in order to avoid expencive divisions
702    drho_air    = 1.0_wp / rho_air
703    drho_air_zw = 1.0_wp / rho_air_zw
704
705!
706!-- Allocation of flux conversion arrays
707    ALLOCATE( heatflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
708    ALLOCATE( waterflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
709    ALLOCATE( momentumflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
710    ALLOCATE( heatflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
711    ALLOCATE( waterflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
712    ALLOCATE( momentumflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
713
714!
715!-- calculate flux conversion factors according to approximation and in-/output mode
716    DO  k = nzb, nzt+1
717
718        IF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'kinematic' )  THEN
719            heatflux_input_conversion(k)      = rho_air_zw(k)
720            waterflux_input_conversion(k)     = rho_air_zw(k)
721            momentumflux_input_conversion(k)  = rho_air_zw(k)
722        ELSEIF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'dynamic' ) THEN
723            heatflux_input_conversion(k)      = 1.0_wp / cp
724            waterflux_input_conversion(k)     = 1.0_wp / l_v
725            momentumflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
726        ENDIF
727
728        IF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'kinematic' )  THEN
729            heatflux_output_conversion(k)     = drho_air_zw(k)
730            waterflux_output_conversion(k)    = drho_air_zw(k)
731            momentumflux_output_conversion(k) = drho_air_zw(k)
732        ELSEIF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'dynamic' ) THEN
733            heatflux_output_conversion(k)     = cp
734            waterflux_output_conversion(k)    = l_v
735            momentumflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
736        ENDIF
737
738        IF ( .NOT. humidity ) THEN
739            waterflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
740            waterflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
741        ENDIF
742
743    ENDDO
744
745!
746!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
747!-- grid levels with respective density on each grid
748    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
749
750       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level) )
751       ALLOCATE( ddy2_mg(maximum_grid_level) )
752       ALLOCATE( dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
753       ALLOCATE( dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
754       ALLOCATE( f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
755       ALLOCATE( f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
756       ALLOCATE( f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
757       ALLOCATE( rho_air_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
758       ALLOCATE( rho_air_zw_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
759
760       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
761       rho_air_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air
762!       
763!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
764       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
765       rho_air_mg(nzb,maximum_grid_level) = rho_air(nzb) +                     &
766                                             (rho_air(nzb) - rho_air(nzb+1))
767
768       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
769       rho_air_zw_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air_zw
770       nzt_l = nzt
771       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
772           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
773           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
774           rho_air_mg(nzb,l)    = rho_air_mg(nzb,l+1) + (rho_air_mg(nzb,l+1) - rho_air_mg(nzb+1,l+1))
775           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))
776           rho_air_mg(nzb+1,l)    = rho_air_mg(nzb+1,l+1)
777           rho_air_zw_mg(nzb+1,l) = rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1)
778           nzt_l = nzt_l / 2
779           DO  k = 2, nzt_l+1
780              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
781              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
782              rho_air_mg(k,l)    = rho_air_mg(2*k-1,l+1)
783              rho_air_zw_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(2*k-1,l+1)
784           ENDDO
785       ENDDO
786
787       nzt_l = nzt
788       dx_l  = dx
789       dy_l  = dy
790       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
791          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
792          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
793          DO  k = nzb+1, nzt_l
794             f2_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k,l) / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
795             f3_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k-1,l) / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
796             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) &
797                          * rho_air_mg(k,l) + f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
798          ENDDO
799          nzt_l = nzt_l / 2
800          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
801          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
802       ENDDO
803
804    ENDIF
805
806!
[1]807!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
808!-- particle velocities
[2118]809    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  collision_turbulence )&
810    THEN
[1153]811       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]812    ENDIF
813
814!
[1299]815!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
[1361]816    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
817       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
818       w_subs = 0.0_wp
819    ENDIF
[1299]820
821!
[106]822!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
823!-- are needed for radiation boundary conditions
[73]824    IF ( outflow_l )  THEN
[1788]825       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
826                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
[667]827                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
[73]828    ENDIF
829    IF ( outflow_r )  THEN
[1788]830       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
831                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
[667]832                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
[73]833    ENDIF
[106]834    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
[1788]835       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
[667]836                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
[106]837    ENDIF
[73]838    IF ( outflow_s )  THEN
[1788]839       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
840                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
[667]841                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
[73]842    ENDIF
843    IF ( outflow_n )  THEN
[1788]844       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
845                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
[667]846                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
[73]847    ENDIF
[106]848    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[1788]849       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
[667]850                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
[106]851    ENDIF
[996]852    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[978]853       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
854       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
855    ENDIF
[73]856
[978]857
[1010]858#if ! defined( __nopointer )
[73]859!
[1]860!-- Initial assignment of the pointers
[1001]861    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
[1032]862    IF ( .NOT. neutral )  THEN
863       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
864    ELSE
865       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
866    ENDIF
[1001]867    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
868    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
869    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
[1]870
[1960]871    IF ( humidity )  THEN
[1001]872       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
[1053]873       IF ( humidity )  THEN
874          vpt  => vpt_1   
875          IF ( cloud_physics )  THEN
876             ql => ql_1
[1822]877             qc => qc_1
878             IF ( microphysics_seifert )  THEN
879                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
880                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
[1053]881             ENDIF
882          ENDIF
883       ENDIF
[1001]884       IF ( cloud_droplets )  THEN
885          ql   => ql_1
886          ql_c => ql_2
[1]887       ENDIF
[1001]888    ENDIF
[1960]889   
890    IF ( passive_scalar )  THEN
891       s => s_1;  s_p => s_2;  ts_m => s_3
892    ENDIF   
[1]893
[1001]894    IF ( ocean )  THEN
895       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
896    ENDIF
[1010]897#endif
[1]898!
[2232]899!-- Initialize wall arrays
900    CALL init_surface_arrays
901!
[1551]902!-- Allocate land surface model arrays
903    IF ( land_surface )  THEN
[1817]904       CALL lsm_init_arrays
[1551]905    ENDIF
906
907!
[1914]908!-- Allocate wind turbine model arrays
909    IF ( wind_turbine )  THEN
910       CALL wtm_init_arrays
911    ENDIF
[1957]912   
913!
914!-- Initialize virtual flight measurements
915    IF ( virtual_flight )  THEN
916       CALL flight_init
917    ENDIF
[1914]918
919!
[709]920!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
921!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
922!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
923!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
924!-- will be set.
[1788]925    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
[1878]926              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
[1340]927    weight_substep = 1.0_wp
928    weight_pres    = 1.0_wp
[1918]929    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
[673]930       
[1402]931    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1918]932
[673]933!
[1918]934!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
935!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
936!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
937!-- are never initialized)
938    sums_divnew_l      = 0.0_wp
939    sums_divold_l      = 0.0_wp
940    sums_l_l           = 0.0_wp
941    sums_up_fraction_l = 0.0_wp
942    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
943
944!
[1]945!-- Initialize model variables
[1788]946    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
[328]947         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
[1]948!
949!--    First model run of a possible job queue.
950!--    Initial profiles of the variables must be computes.
951       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
[1384]952
[1402]953          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
[1]954!
955!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
956!--       start 1D model
957          CALL init_1d_model
958!
959!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
[667]960          DO  i = nxlg, nxrg
961             DO  j = nysg, nyng
[1]962                e(:,j,i)  = e1d
963                kh(:,j,i) = kh1d
964                km(:,j,i) = km1d
965                pt(:,j,i) = pt_init
966                u(:,j,i)  = u1d
967                v(:,j,i)  = v1d
968             ENDDO
969          ENDDO
970
[1960]971          IF ( humidity )  THEN
[667]972             DO  i = nxlg, nxrg
973                DO  j = nysg, nyng
[1]974                   q(:,j,i) = q_init
975                ENDDO
976             ENDDO
[1822]977             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1053]978                DO  i = nxlg, nxrg
979                   DO  j = nysg, nyng
[1340]980                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
981                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]982                   ENDDO
983                ENDDO
[1115]984
[1053]985             ENDIF
[1]986          ENDIF
[1960]987          IF ( passive_scalar )  THEN
988             DO  i = nxlg, nxrg
989                DO  j = nysg, nyng
990                   s(:,j,i) = s_init
991                ENDDO
992             ENDDO   
993          ENDIF
[1]994
995          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
[667]996             DO  i = nxlg, nxrg
997                DO  j = nysg, nyng
[1]998                   e(:,j,i)  = e1d
999                ENDDO
1000             ENDDO
1001!
1002!--          Store initial profiles for output purposes etc.
1003             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
1004
1005          ELSE
[1340]1006             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
[1]1007          ENDIF
1008!
[1762]1009!--       Inside buildings set velocities back to zero
[1]1010          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
[1762]1011             DO  i = nxlg, nxrg
1012                DO  j = nysg, nyng
[2232]1013                   DO  k = nzb, nzt
1014                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1015                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1016                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1017                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1018                   ENDDO
[1]1019                ENDDO
1020             ENDDO
[667]1021             
[1]1022!
1023!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
1024!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
1025!--                   below the topography; need to correct later
1026!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
1027!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
1028!--                     the topography.
[667]1029             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
1030!
[1]1031!--             Neumann condition
1032                DO  i = nxl-1, nxr+1
1033                   DO  j = nys-1, nyn+1
[2232]1034                      u(nzb,j,i) = u(nzb+1,j,i)
1035                      v(nzb,j,i) = v(nzb+1,j,i)
[1]1036                   ENDDO
1037                ENDDO
1038
1039             ENDIF
1040
1041          ENDIF
1042
[1402]1043          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1044
[1788]1045       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
[1]1046       THEN
[1241]1047
[1402]1048          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
[1]1049!
[1241]1050!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
[1788]1051          IF ( nudging )  THEN
[1241]1052             pt_init = ptnudge(:,1)
1053             u_init  = unudge(:,1)
1054             v_init  = vnudge(:,1)
[1960]1055             IF ( humidity  )  THEN ! is passive_scalar correct???
[1241]1056                q_init = qnudge(:,1)
1057             ENDIF
1058
[1788]1059             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ',       &
[1241]1060                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
1061             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
1062          ENDIF
1063
1064!
[2259]1065!--       Overwrite initial profiles in case of synthetic turbulence generator
1066          IF( use_synthetic_turbulence_generator ) THEN
1067             CALL stg_init
1068          ENDIF
1069
1070!
[1]1071!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
1072!--       temperature profile with constant gradient)
[667]1073          DO  i = nxlg, nxrg
1074             DO  j = nysg, nyng
[1]1075                pt(:,j,i) = pt_init
1076                u(:,j,i)  = u_init
1077                v(:,j,i)  = v_init
1078             ENDDO
1079          ENDDO
[75]1080
[1]1081!
[292]1082!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
1083!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
1084!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
[1815]1085!--       in the limiting formula!).
1086          IF ( ibc_uv_b /= 1 )  THEN
1087             DO  i = nxlg, nxrg
1088                DO  j = nysg, nyng
[2232]1089                   DO  k = nzb, nzt
1090                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1091                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 20 ) )
1092                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1093                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 21 ) )
1094                   ENDDO
[1815]1095                ENDDO
1096             ENDDO
1097          ENDIF
[1]1098
[1960]1099          IF ( humidity )  THEN
[667]1100             DO  i = nxlg, nxrg
1101                DO  j = nysg, nyng
[1]1102                   q(:,j,i) = q_init
1103                ENDDO
1104             ENDDO
[1822]1105             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1115]1106
[1822]1107                DO  i = nxlg, nxrg
1108                   DO  j = nysg, nyng
1109                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1110                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]1111                   ENDDO
[1822]1112                ENDDO
[1115]1113
[1053]1114             ENDIF
[1]1115          ENDIF
[1960]1116         
1117          IF ( passive_scalar )  THEN
1118             DO  i = nxlg, nxrg
1119                DO  j = nysg, nyng
1120                   s(:,j,i) = s_init
1121                ENDDO
1122             ENDDO
1123          ENDIF
[1]1124
[94]1125          IF ( ocean )  THEN
[667]1126             DO  i = nxlg, nxrg
1127                DO  j = nysg, nyng
[94]1128                   sa(:,j,i) = sa_init
1129                ENDDO
1130             ENDDO
1131          ENDIF
[1]1132         
1133          IF ( constant_diffusion )  THEN
1134             km   = km_constant
1135             kh   = km / prandtl_number
[1340]1136             e    = 0.0_wp
1137          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
[108]1138             DO  k = nzb+1, nzt
[1340]1139                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
[108]1140             ENDDO
1141             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
1142             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
1143             kh   = km / prandtl_number
1144             e    = e_init
[1]1145          ELSE
[108]1146             IF ( .NOT. ocean )  THEN
[1340]1147                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
1148                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
[108]1149                              ! production terms, as long as not yet
1150                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
1151             ELSE
[1340]1152                kh   = 0.00001_wp
1153                km   = 0.00001_wp
[108]1154             ENDIF
[1340]1155             e    = 0.0_wp
[1]1156          ENDIF
[1920]1157!
[1]1158!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
1159!--       of a sloping surface
1160          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1161
[1402]1162          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1163
[1788]1164       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
[46]1165       THEN
[1384]1166
[1402]1167          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
[46]1168!
1169!--       Initialization will completely be done by the user
1170          CALL user_init_3d_model
1171
[1402]1172          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1173
[1]1174       ENDIF
[1384]1175
[1402]1176       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
1177                              .FALSE. )
[1384]1178
[667]1179!
1180!--    Bottom boundary
1181       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
[1340]1182          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
1183          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
[667]1184       ENDIF
[1]1185
1186!
[151]1187!--    Apply channel flow boundary condition
[132]1188       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
[1340]1189          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1190          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
[132]1191       ENDIF
1192
1193!
[1]1194!--    Calculate virtual potential temperature
[1960]1195       IF ( humidity )  vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
[1]1196
1197!
1198!--    Store initial profiles for output purposes etc.
1199       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1200       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[667]1201       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
[1340]1202          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1203          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
[1]1204       ENDIF
1205       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1206       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1207       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1208
[97]1209       IF ( ocean )  THEN
1210!
1211!--       Store initial salinity profile
1212          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1213       ENDIF
[1]1214
[75]1215       IF ( humidity )  THEN
[1]1216!
1217!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1218!--       temperature
1219          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1220          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1221          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1222!
1223!--          Store initial profile of specific humidity and potential
1224!--          temperature
1225             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1226             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1227          ENDIF
1228       ENDIF
1229
1230       IF ( passive_scalar )  THEN
1231!
1232!--       Store initial scalar profile
[1960]1233          hom(:,1,115,:) = SPREAD(  s(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[1]1234       ENDIF
1235
1236!
[1400]1237!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1238       CALL random_function_ini
[1429]1239       
[1400]1240       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
[2172]1241          CALL init_parallel_random_generator(nx, ny, nys, nyn, nxl, nxr)
[1400]1242       ENDIF
1243!
[1179]1244!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1245!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1246       IF ( use_single_reference_value )  THEN
[1788]1247          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
[1179]1248             ref_state(:) = pt_reference
1249          ELSE
1250             ref_state(:) = vpt_reference
1251          ENDIF
1252       ELSE
[1788]1253          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
[1179]1254             ref_state(:) = pt_init(:)
1255          ELSE
1256             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1257          ENDIF
1258       ENDIF
[152]1259
1260!
[707]1261!--    For the moment, vertical velocity is zero
[1340]1262       w = 0.0_wp
[1]1263
1264!
1265!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
[1340]1266       sums = 0.0_wp
[1]1267
1268!
[707]1269!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
[1575]1270       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
[707]1271
1272!
[72]1273!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1274!--    are zero at beginning of the simulation
1275       IF ( cloud_physics )  THEN
[1340]1276          ql = 0.0_wp
[1822]1277          qc = 0.0_wp
1278
1279          precipitation_amount = 0.0_wp
[72]1280       ENDIF
[673]1281!
[1]1282!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1283       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1284          CALL init_rankine
1285       ENDIF
1286
1287!
1288!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1289       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1290          CALL init_pt_anomaly
1291       ENDIF
1292
1293!
1294!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
[1340]1295       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
[1]1296          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1297       ENDIF
1298
1299!
1300!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1301!--    run
[1960]1302       IF ( humidity  .AND.  q_surface_initial_change /= 0.0_wp )              &
[1]1303          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
[1960]1304         
1305       IF ( passive_scalar .AND.  s_surface_initial_change /= 0.0_wp )         &
1306          s(nzb,:,:) = s(nzb,:,:) + s_surface_initial_change
1307       
[1]1308
1309!
1310!--    Initialize old and new time levels.
[1340]1311       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]1312       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1313
[1960]1314       IF ( humidity  )  THEN
[1340]1315          tq_m = 0.0_wp
[1]1316          q_p = q
[1822]1317          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1318             tqr_m = 0.0_wp
[1822]1319             qr_p  = qr
[1340]1320             tnr_m = 0.0_wp
[1822]1321             nr_p  = nr
[1053]1322          ENDIF
[1]1323       ENDIF
[1960]1324       
1325       IF ( passive_scalar )  THEN
1326          ts_m = 0.0_wp
1327          s_p  = s
1328       ENDIF       
[1]1329
[94]1330       IF ( ocean )  THEN
[1340]1331          tsa_m = 0.0_wp
[94]1332          sa_p  = sa
1333       ENDIF
[667]1334       
[1402]1335       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[94]1336
[1788]1337    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
[2232]1338             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                   &
[1]1339    THEN
[1384]1340
[1402]1341       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1342                              .FALSE. )
[1]1343!
[2232]1344!--    Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1345!--    momentumfluxes, roughness, scaling parameters. As number of surface
1346!--    elements might be different between runs, e.g. in case of cyclic fill,
1347!--    and not all surface elements are read, surface elements need to be
1348!--    initialized before.     
1349       CALL init_surfaces
1350!
[767]1351!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1352!--    some of the global variables from the restart file which are required
1353!--    for initializing the inflow
[328]1354       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
[559]1355
[759]1356          DO  i = 0, io_blocks-1
1357             IF ( i == io_group )  THEN
1358                CALL read_parts_of_var_list
1359                CALL close_file( 13 )
1360             ENDIF
1361#if defined( __parallel )
1362             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1363#endif
1364          ENDDO
[328]1365
[767]1366       ENDIF
1367
[151]1368!
[767]1369!--    Read binary data from restart file
1370       DO  i = 0, io_blocks-1
1371          IF ( i == io_group )  THEN
1372             CALL read_3d_binary
1373          ENDIF
1374#if defined( __parallel )
1375          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1376#endif
1377       ENDDO
1378
[328]1379!
[767]1380!--    Initialization of the turbulence recycling method
[1788]1381       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
[767]1382            turbulent_inflow )  THEN
1383!
1384!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1385!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1386!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1387!--       for u,v-components can be used.
[1960]1388          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,7) )
[151]1389
[767]1390          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1391             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1392             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1393          ELSE
[328]1394             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1395             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
[767]1396          ENDIF
1397          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1398          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
[1960]1399          IF ( humidity )                                                      &
1400             mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)   ! q
1401          IF ( passive_scalar )                                                &
1402             mean_inflow_profiles(:,7) = hom_sum(:,115,0)   ! s
[151]1403
1404!
[767]1405!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1406!--       profiles
1407          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1408             DO  i = nxlg, nxrg
[667]1409                DO  j = nysg, nyng
[328]1410                   DO  k = nzb, nzt+1
[767]1411                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1412                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
[328]1413                   ENDDO
[151]1414                ENDDO
[767]1415             ENDDO
1416          ENDIF
[151]1417
1418!
[767]1419!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1420!--       conditions are used)
1421          IF ( inflow_l )  THEN
1422             DO  j = nysg, nyng
1423                DO  k = nzb, nzt+1
1424                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1425                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
[1340]1426                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
[767]1427                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1428                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
[1960]1429                   IF ( humidity )                                             &
[1615]1430                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
[1960]1431                   IF ( passive_scalar )                                       &
1432                      s(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7)                     
[767]1433                ENDDO
1434             ENDDO
1435          ENDIF
1436
[151]1437!
[767]1438!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1439!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1440!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1441!--       in time.
[1340]1442          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
[767]1443!
1444!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1445!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1446!--          specified.
[1340]1447             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
[767]1448                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1449             ELSE
[1788]1450                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1451                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
[767]1452                     'calculated by the prerun is zero.'
1453                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
[292]1454             ENDIF
[151]1455
[767]1456          ENDIF
1457
[1340]1458          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
[151]1459!
[767]1460!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1461!--          layer
[1340]1462             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
[151]1463
[767]1464          ENDIF
[151]1465
[767]1466          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
[151]1467
[767]1468          DO  k = nzb, nzt+1
[151]1469
[767]1470             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
[1340]1471                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
[996]1472             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
[1340]1473                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
[996]1474                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1475                                           inflow_damping_width
[767]1476             ELSE
[1340]1477                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
[767]1478             ENDIF
[151]1479
[767]1480          ENDDO
[151]1481
[147]1482       ENDIF
1483
[152]1484!
[359]1485!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
[1788]1486       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
[359]1487            topography /= 'flat' )  THEN
1488!
1489!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1490!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1491!--       maybe revise later.
[1001]1492          DO  i = nxlg, nxrg
1493             DO  j = nysg, nyng
[2232]1494                DO  k = nzb, nzt
1495                   u(k,j,i)     = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1496                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1497                   v(k,j,i)     = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1498                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1499                   w(k,j,i)     = MERGE( w(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1500                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1501                   e(k,j,i)     = MERGE( e(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1502                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1503                   tu_m(k,j,i)  = MERGE( tu_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1504                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1505                   tv_m(k,j,i)  = MERGE( tv_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1506                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1507                   tw_m(k,j,i)  = MERGE( tw_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1508                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1509                   te_m(k,j,i)  = MERGE( te_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1510                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1511                   tpt_m(k,j,i) = MERGE( tpt_m(k,j,i), 0.0_wp,                 &
1512                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1513                ENDDO
[359]1514             ENDDO
[1001]1515          ENDDO
[359]1516
1517       ENDIF
1518
1519!
[1]1520!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1521!--    of a sloping surface
1522       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1523
1524!
1525!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1526!--    including ghost points)
1527       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
[1960]1528       IF ( humidity )  THEN
[1053]1529          q_p = q
[1822]1530          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1053]1531             qr_p = qr
1532             nr_p = nr
1533          ENDIF
1534       ENDIF
[1960]1535       IF ( passive_scalar )  s_p  = s
1536       IF ( ocean          )  sa_p = sa
[1]1537
[181]1538!
1539!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1540!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1541!--    there before they are set.
[1340]1542       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]1543       IF ( humidity )  THEN
[1340]1544          tq_m = 0.0_wp
[1822]1545          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1546             tqr_m = 0.0_wp
1547             tnr_m = 0.0_wp
[1053]1548          ENDIF
1549       ENDIF
[1960]1550       IF ( passive_scalar )  ts_m  = 0.0_wp
1551       IF ( ocean          )  tsa_m = 0.0_wp
[2259]1552!
1553!--    Initialize synthetic turbulence generator in case of restart.
1554       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .AND.         &
1555            use_synthetic_turbulence_generator )  CALL stg_init
[181]1556
[1402]1557       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1558
[1]1559    ELSE
1560!
1561!--    Actually this part of the programm should not be reached
[254]1562       message_string = 'unknown initializing problem'
1563       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]1564    ENDIF
1565
[151]1566
1567    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
[1]1568!
[151]1569!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1570       IF ( outflow_l )  THEN
1571          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1572          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1573          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1574       ENDIF
1575       IF ( outflow_r )  THEN
1576          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1577          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1578          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1579       ENDIF
1580       IF ( outflow_s )  THEN
1581          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1582          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1583          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1584       ENDIF
1585       IF ( outflow_n )  THEN
1586          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1587          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1588          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1589       ENDIF
[667]1590       
[151]1591    ENDIF
[680]1592
[667]1593!
1594!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
[709]1595    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
[151]1596
[767]1597       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
[667]1598
[1340]1599          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1600          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1601
[667]1602          IF ( nxr == nx )  THEN
1603             DO  j = nys, nyn
[2232]1604                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]1605                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
[2232]1606                                              u_init(k) * dzw(k)               &
1607                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1608                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1609                                            )
1610
1611                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1612                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1613                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1614                                            )
[767]1615                ENDDO
1616             ENDDO
1617          ENDIF
1618         
1619          IF ( nyn == ny )  THEN
1620             DO  i = nxl, nxr
[2232]1621                DO  k = nzb+1, nzt
1622                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1623                                              v_init(k) * dzw(k)               &       
1624                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1625                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1626                                            )
1627                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1628                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1629                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1630                                            )
[767]1631                ENDDO
1632             ENDDO
1633          ENDIF
1634
1635#if defined( __parallel )
1636          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1637                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1638          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1639                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1640
1641#else
1642          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1643          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1644#endif 
1645
1646       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1647
[1340]1648          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1649          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[767]1650
1651          IF ( nxr == nx )  THEN
1652             DO  j = nys, nyn
[2232]1653                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]1654                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
[2232]1655                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)          &
1656                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1657                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1658                                            )
1659                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1660                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1661                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1662                                            )
[667]1663                ENDDO
1664             ENDDO
1665          ENDIF
1666         
1667          IF ( nyn == ny )  THEN
1668             DO  i = nxl, nxr
[2232]1669                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]1670                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
[2232]1671                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)          &       
1672                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1673                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1674                                            )
1675                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1676                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1677                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1678                                            )
[667]1679                ENDDO
1680             ENDDO
1681          ENDIF
1682
[732]1683#if defined( __parallel )
1684          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1685                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1686          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1687                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1688
1689#else
1690          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1691          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1692#endif 
1693
[667]1694       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1695
[1340]1696          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1697          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1698
[667]1699          IF ( nxr == nx )  THEN
1700             DO  j = nys, nyn
[2232]1701                DO  k = nzb+1, nzt
1702                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1703                                              u(k,j,nx) * dzw(k)               &
1704                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1705                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1706                                            )
1707                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1708                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1709                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1710                                            )
[667]1711                ENDDO
1712             ENDDO
1713          ENDIF
1714         
1715          IF ( nyn == ny )  THEN
1716             DO  i = nxl, nxr
[2232]1717                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]1718                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
[2232]1719                                              v(k,ny,i) * dzw(k)               &       
1720                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1721                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1722                                            )
1723                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1724                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1725                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1726                                            )
[667]1727                ENDDO
1728             ENDDO
1729          ENDIF
1730
1731#if defined( __parallel )
[732]1732          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1733                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1734          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1735                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[667]1736
1737#else
[732]1738          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1739          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
[667]1740#endif 
1741
[732]1742       ENDIF
1743
[151]1744!
[709]1745!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1746!--    from u|v_bulk instead
[680]1747       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1748          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1749          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1750       ENDIF
[667]1751
[680]1752    ENDIF
[2232]1753!
1754!-- Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1755!-- momentumfluxes, roughness, scaling parameters.
1756!-- This is already done in case of restart data. 
1757    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1758         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1759       CALL init_surfaces
1760!
1761!--    Finally, if random_heatflux is set, disturb shf at horizontal
1762!--    surfaces. Actually, this should be done in surface_mod, where all other
1763!--    initializations of surface quantities are done. However, this
1764!--    would create a ring dependency, hence, it is done here. Maybe delete
1765!--    disturb_heatflux and tranfer the respective code directly into the
1766!--    initialization in surface_mod.         
1767       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux  .AND.                &
1768            random_heatflux )  THEN
1769          IF ( surf_def_h(0)%ns >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_def_h(0) )
1770          IF ( surf_lsm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_lsm_h    )
1771          IF ( surf_usm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_usm_h    )
1772       ENDIF
1773    ENDIF
[680]1774
[787]1775!
[2232]1776!-- Initialize surface forcing corresponding to large-scale forcing. Therein,
1777!-- initialize heat-fluxes, etc. via datatype. Revise it later!
1778    IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
1779       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux )  THEN
1780          CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
1781       ENDIF
1782    ENDIF
1783!
[787]1784!-- Initialize quantities for special advections schemes
1785    CALL init_advec
[680]1786
[667]1787!
[680]1788!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1789!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
[1788]1790    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
1791         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
[680]1792         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1793
[1402]1794       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
[2232]1795       CALL disturb_field( 'u', tend, u )
1796       CALL disturb_field( 'v', tend, v )
[1402]1797       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1798
[1402]1799       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
[680]1800       n_sor = nsor_ini
1801       CALL pres
1802       n_sor = nsor
[1402]1803       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1804
[680]1805    ENDIF
1806
1807!
[1484]1808!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
[2007]1809    IF ( plant_canopy )  THEN
1810       CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )   
1811       CALL pcm_init
1812       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1813    ENDIF
[138]1814
1815!
[1]1816!-- If required, initialize dvrp-software
[1340]1817    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
[1]1818
[96]1819    IF ( ocean )  THEN
[1]1820!
[96]1821!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1822       CALL init_ocean
[388]1823
[96]1824    ELSE
1825!
1826!--    Initialize quantities for handling cloud physics
[849]1827!--    This routine must be called before lpm_init, because
[96]1828!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
[849]1829!--    lpm_init) is not defined.
[96]1830       CALL init_cloud_physics
[1849]1831!
1832!--    Initialize bulk cloud microphysics
1833       CALL microphysics_init
[96]1834    ENDIF
[1]1835
1836!
1837!-- If required, initialize particles
[849]1838    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
[1]1839
[1585]1840!
1841!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
1842    IF ( land_surface )  THEN
1843       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
[1817]1844       CALL lsm_init
[1585]1845       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1846    ENDIF
[1496]1847
[1]1848!
[1691]1849!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
1850!-- for initialization
1851    IF ( constant_flux_layer )  THEN
1852       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
1853       CALL init_surface_layer_fluxes
1854       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1855    ENDIF
1856
1857!
[1496]1858!-- If required, initialize radiation model
1859    IF ( radiation )  THEN
[1585]1860       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
[1826]1861       CALL radiation_init
[1585]1862       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1496]1863    ENDIF
[2007]1864
[1914]1865!
[2007]1866!-- If required, initialize urban surface model
1867    IF ( urban_surface )  THEN
1868       CALL location_message( 'initializing urban surface model', .FALSE. )
1869       CALL usm_init_urban_surface
1870       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1871    ENDIF
1872
1873!
[1914]1874!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
1875    IF ( wind_turbine )  THEN
1876       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
1877       CALL wtm_init
1878       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1879    ENDIF
[1496]1880
[1914]1881
[1496]1882!
[673]1883!-- Initialize the ws-scheme.   
1884    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
[1]1885
1886!
[709]1887!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
[1762]1888!-- and turbulent quantities from the RK substeps
[709]1889    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1890
[1322]1891       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
1892       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
1893       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
[709]1894
[1322]1895       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
1896       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
1897       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
[709]1898
1899    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1900
[1322]1901       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
1902       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
[673]1903         
[1322]1904       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
1905       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
[709]1906
[1001]1907    ELSE                                     ! for Euler-method
[709]1908
[1340]1909       weight_substep(1) = 1.0_wp     
1910       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
[709]1911
[673]1912    ENDIF
1913
1914!
[1]1915!-- Initialize Rayleigh damping factors
[1340]1916    rdf    = 0.0_wp
1917    rdf_sc = 0.0_wp
1918    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
[1788]1919       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
[108]1920          DO  k = nzb+1, nzt
1921             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
[1788]1922                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
[1340]1923                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
[1788]1924                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
[1]1925                      )**2
[108]1926             ENDIF
1927          ENDDO
1928       ELSE
1929          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1930             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
[1788]1931                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
[1340]1932                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
[1788]1933                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
[108]1934                      )**2
1935             ENDIF
1936          ENDDO
1937       ENDIF
[1]1938    ENDIF
[785]1939    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
[1]1940
1941!
[240]1942!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1943!-- the external pressure gradient
[1340]1944    dp_smooth_factor = 1.0_wp
[240]1945    IF ( dp_external )  THEN
1946!
1947!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1948!--    (e.g. in init_grid).
1949       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1950          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1951          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1952                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1953       ENDIF
1954       IF ( dp_smooth )  THEN
[1340]1955          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
[240]1956          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
[1340]1957             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
1958                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
1959                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
[240]1960          ENDDO
1961       ENDIF
1962    ENDIF
1963
1964!
[978]1965!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1966!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1967!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
[1340]1968    ptdf_x = 0.0_wp
1969    ptdf_y = 0.0_wp
[1159]1970    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
[996]1971       DO  i = nxl, nxr
[978]1972          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
[1340]1973             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
1974                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
[1788]1975                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
[73]1976          ENDIF
1977       ENDDO
[1159]1978    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
[996]1979       DO  i = nxl, nxr
[978]1980          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]1981             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1982                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1983                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
1984                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[73]1985          ENDIF
[978]1986       ENDDO 
[1159]1987    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
[996]1988       DO  j = nys, nyn
[978]1989          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]1990             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]1991                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1992                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
1993                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]1994          ENDIF
[978]1995       ENDDO 
[1159]1996    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
[996]1997       DO  j = nys, nyn
[978]1998          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
[1322]1999             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]2000                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2001                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
2002                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]2003          ENDIF
[73]2004       ENDDO
[1]2005    ENDIF
2006
2007!
2008!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
[1015]2009!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
2010!-- would bias the statistics
[1340]2011    rmask = 1.0_wp
2012    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
2013    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
[1]2014
2015!
[51]2016!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
[709]2017!-- of allowed timeseries is exceeded
[1]2018    CALL user_init
2019
[51]2020    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
[1788]2021       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
2022                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
[254]2023                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
2024       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
[51]2025    ENDIF
2026
[1]2027!
2028!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
2029!-- after call of user_init!
2030    CALL close_file( 13 )
2031
2032!
2033!-- Compute total sum of active mask grid points
[1738]2034!-- and the mean surface level height for each statistic region
[1]2035!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
2036!--          total domain
2037!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
[132]2038    ngp_2dh_outer_l   = 0
2039    ngp_2dh_outer     = 0
2040    ngp_2dh_s_inner_l = 0
2041    ngp_2dh_s_inner   = 0
2042    ngp_2dh_l         = 0
2043    ngp_2dh           = 0
[1340]2044    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
[132]2045    ngp_3d_inner      = 0
2046    ngp_3d            = 0
2047    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
[1]2048
[1738]2049    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
2050    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
2051
[2232]2052!
2053!-- To do: New concept for these non-topography grid points!
[1]2054    DO  sr = 0, statistic_regions
2055       DO  i = nxl, nxr
2056          DO  j = nys, nyn
[1340]2057             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
[1]2058!
2059!--             All xy-grid points
2060                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
2061!
[2232]2062!--             Determine mean surface-level height. In case of downward-
2063!--             facing walls are present, more than one surface level exist.
2064!--             In this case, use the lowest surface-level height.
2065                IF ( surf_def_h(0)%start_index(j,i) <=                         &
2066                     surf_def_h(0)%end_index(j,i) )  THEN
2067                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
2068                   k = surf_def_h(0)%k(m)
2069                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2070                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2071                ENDIF
2072                IF ( surf_lsm_h%start_index(j,i) <=                            &
2073                     surf_lsm_h%end_index(j,i) )  THEN
2074                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
2075                   k = surf_lsm_h%k(m)
2076                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2077                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2078                ENDIF
2079                IF ( surf_usm_h%start_index(j,i) <=                            &
2080                     surf_usm_h%end_index(j,i) )  THEN
2081                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
2082                   k = surf_usm_h%k(m)
2083                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2084                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2085                ENDIF
2086
2087                k_surf = k - 1
2088
2089                DO  k = nzb, nzt+1
2090!
2091!--                xy-grid points above topography
2092                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr)     +         &
2093                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 24 ) )
2094
2095                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) +         &
2096                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 22 ) )
2097
[1]2098                ENDDO
2099!
2100!--             All grid points of the total domain above topography
[2232]2101                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + ( nz - k_surf + 2 )
2102
2103
2104
[1]2105             ENDIF
2106          ENDDO
2107       ENDDO
2108    ENDDO
2109
2110    sr = statistic_regions + 1
2111#if defined( __parallel )
[622]2112    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]2113    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
[1]2114                        comm2d, ierr )
[622]2115    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]2116    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
[1]2117                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]2118    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]2119    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
[132]2120                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[622]2121    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]2122    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
[1]2123                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
[485]2124    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1738]2125    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
[1788]2126    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
2127                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
[1738]2128                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2129    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
[1]2130#else
[132]2131    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
2132    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
2133    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
[485]2134    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1738]2135    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
[1]2136#endif
2137
[560]2138    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
2139             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
[1]2140
2141!
2142!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
2143!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
2144!-- the respective subdomain lie below the surface topography
[667]2145    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
[1788]2146    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
[631]2147                           ngp_3d_inner(:) )
[667]2148    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
[1]2149
[1788]2150    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
[1738]2151                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
[1]2152
[1402]2153    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
[1]2154
2155 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.