source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 3159

Last change on this file since 3159 was 3159, checked in by sward, 6 years ago

Added multi agent system

  • Property svn:keywords set to Id
  • Property svn:mergeinfo set to False
    /palm/branches/forwind/SOURCE/init_3d_model.f901564-1913
    /palm/branches/palm4u/SOURCE/init_3d_model.f902540-2692
    /palm/branches/rans/SOURCE/init_3d_model.f902078-3128
File size: 100.0 KB
RevLine 
[1682]1!> @file init_3d_model.f90
[2000]2!------------------------------------------------------------------------------!
[2696]3! This file is part of the PALM model system.
[1036]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!
[2718]17! Copyright 1997-2018 Leibniz Universitaet Hannover
[2000]18!------------------------------------------------------------------------------!
[1036]19!
[254]20! Current revisions:
[732]21! ------------------
[2233]22!
[3049]23!
[2233]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: init_3d_model.f90 3159 2018-07-20 11:20:01Z sward $
[3159]27! Added multi agent system
28!
29! 3129 2018-07-16 07:45:13Z gronemeier
[3051]30! Move initialization call for nudging and 1D/3D offline nesting.
31! Revise initialization with inifor data.
32!
33! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
[3045]34! Error messages revised
35!
[3049]36! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
37! Error messages revised
38!
[3045]39! 3042 2018-05-25 10:44:37Z schwenkel
[3042]40! Changed the name specific humidity to mixing ratio
41!
42! 3040 2018-05-25 10:22:08Z schwenkel
[3035]43! Add option to initialize warm air bubble close to surface
44!
45! 3014 2018-05-09 08:42:38Z maronga
[3014]46! Bugfix: initialization of ts_value missing
47!
48! 3011 2018-05-07 14:38:42Z schwenkel
[3011]49! removed redundant if statement
50!
51! 3004 2018-04-27 12:33:25Z Giersch
[3004]52! precipitation_rate removed
53!
54! 2995 2018-04-19 12:13:16Z Giersch
[2995]55! CALL radiation_control is not necessary during initialization because
56! calculation of radiative fluxes at model start is done in radiation_init
57! in any case
58!
59! 2977 2018-04-17 10:27:57Z kanani
[2977]60! Implement changes from branch radiation (r2948-2971) with minor modifications
61! (moh.hefny):
62! - set radiation_interactions according to the existence of urban/land vertical
63!   surfaces and trees to activiate RTM
64! - set average_radiation to TRUE if RTM is activiated
65!
66! 2938 2018-03-27 15:52:42Z suehring
[2938]67! - Revise Inifor initialization for geostrophic wind components
68! - Initialize synthetic turbulence generator in case of Inifor initialization 
69!
70! 2936 2018-03-27 14:49:27Z suehring
[2934]71! Synchronize parent and child models after initialization.
72! Remove obsolete masking of topography grid points for Runge-Kutta weighted
73! tendency arrays.
74!
75! 2920 2018-03-22 11:22:01Z kanani
[2920]76! Add call for precalculating apparent solar positions (moh.hefny)
77!
78! 2906 2018-03-19 08:56:40Z Giersch
[2906]79! The variables read/write_svf_on_init have been removed. Instead ENVIRONMENT
80! variables read/write_svf have been introduced. Location_message has been
81! added.
82!
83! 2894 2018-03-15 09:17:58Z Giersch
[2894]84! Renamed routines with respect to reading restart data, file 13 is closed in
85! rrd_read_parts_of_global now
86!
87! 2867 2018-03-09 09:40:23Z suehring
[2867]88! Further bugfix concerning call of user_init.
89!
90! 2864 2018-03-08 11:57:45Z suehring
[2864]91! Bugfix, move call of user_init in front of initialization of grid-point
92! arrays
93!
94! 2817 2018-02-19 16:32:21Z knoop
[2817]95! Preliminary gust module interface implemented
96!
97! 2776 2018-01-31 10:44:42Z Giersch
[2776]98! Variable use_synthetic_turbulence_generator has been abbreviated
99!
100! 2766 2018-01-22 17:17:47Z kanani
[2766]101! Removed preprocessor directive __chem
102!
103! 2758 2018-01-17 12:55:21Z suehring
[2758]104! In case of spinup of land- and urban-surface model, do not mask wind velocity
105! at first computational grid level
106!
107! 2746 2018-01-15 12:06:04Z suehring
[2746]108! Move flag plant canopy to modules
109!
110! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
[2716]111! Corrected "Former revisions" section
112!
113! 2705 2017-12-18 11:26:23Z maronga
[2705]114! Bugfix for reading initial profiles from ls/nuding file
[2716]115!
116! 2701 2017-12-15 15:40:50Z suehring
117! Changes from last commit documented
[2705]118!
[2716]119! 2700 2017-12-15 14:12:35Z suehring
[2701]120! Bugfix, missing initialization of surface attributes in case of
121! inifor-initialization branch
[2716]122!
123! 2698 2017-12-14 18:46:24Z suehring
124! Bugfix in get_topography_top_index
125!
126! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
127! Change in file header (GPL part)
[2696]128! Implementation of uv exposure model (FK)
129! Moved initialisation of diss, e, kh, km to turbulence_closure_mod (TG)
130! Added chemical emissions (FK)
131! Initialize masking arrays and number-of-grid-points arrays before initialize
132! LSM, USM and radiation module
133! Initialization with inifor (MS)
134!
135! 2618 2017-11-16 15:37:30Z suehring
[2618]136! Reorder calls of init_surfaces.
137!
138! 2564 2017-10-19 15:56:56Z Giersch
[2564]139! Variable wind_turbine was added to control_parameters.
140!
141! 2550 2017-10-16 17:12:01Z boeske
[2550]142! Modifications to cyclic fill method and turbulence recycling method in case of
143! complex terrain simulations
144!
145! 2513 2017-10-04 09:24:39Z kanani
[2513]146! Bugfix in storing initial scalar profile (wrong index)
147!
148! 2350 2017-08-15 11:48:26Z kanani
[2350]149! Bugfix in nopointer version
150!
151! 2339 2017-08-07 13:55:26Z gronemeier
[2339]152! corrected timestamp in header
153!
154! 2338 2017-08-07 12:15:38Z gronemeier
[2338]155! Modularize 1D model
156!
[2339]157! 2329 2017-08-03 14:24:56Z knoop
[2329]158! Removed temporary bugfix (r2327) as bug is properly resolved by this revision
159!
160! 2327 2017-08-02 07:40:57Z maronga
[2327]161! Temporary bugfix
162!
163! 2320 2017-07-21 12:47:43Z suehring
[2320]164! Modularize large-scale forcing and nudging
165!
166! 2292 2017-06-20 09:51:42Z schwenkel
[2292]167! Implementation of new microphysic scheme: cloud_scheme = 'morrison'
168! includes two more prognostic equations for cloud drop concentration (nc) 
169! and cloud water content (qc).
170!
171! 2277 2017-06-12 10:47:51Z kanani
[2277]172! Removed unused variable sums_up_fraction_l
173!
174! 2270 2017-06-09 12:18:47Z maronga
[2270]175! dots_num must be increased when LSM and/or radiation is used
176!
177! 2259 2017-06-08 09:09:11Z gronemeier
[2259]178! Implemented synthetic turbulence generator
179!
180! 2252 2017-06-07 09:35:37Z knoop
[2252]181! rho_air now depending on surface_pressure even in Boussinesq mode
182!
183! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
[2233]184!
185! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
[2232]186! Adjustments to new topography and surface concept:
187!   - Modify passed parameters for disturb_field
188!   - Topography representation via flags
189!   - Remove unused arrays.
190!   - Move initialization of surface-related quantities to surface_mod
[1961]191!
[2173]192! 2172 2017-03-08 15:55:25Z knoop
193! Bugfix: moved parallel random generator initialization into its module
194!
[2119]195! 2118 2017-01-17 16:38:49Z raasch
196! OpenACC directives removed
197!
[2038]198! 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop
199! Anelastic approximation implemented
200!
[2032]201! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
202! renamed variable rho to rho_ocean
203!
[2012]204! 2011 2016-09-19 17:29:57Z kanani
205! Flag urban_surface is now defined in module control_parameters.
206!
[2008]207! 2007 2016-08-24 15:47:17Z kanani
208! Added support for urban surface model,
209! adjusted location_message in case of plant_canopy
210!
[2001]211! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
212! Forced header and separation lines into 80 columns
213!
[1993]214! 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring
215! Initializaton of scalarflux at model top
216! Bugfixes in initialization of surface and top salinity flux, top scalar and
217! humidity fluxes
218!
[1961]219! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
[1960]220! Separate humidity and passive scalar
221! Increase dimension for mean_inflow_profiles
222! Remove inadvertent write-statement
223! Bugfix, large-scale forcing is still not implemented for passive scalars
[1919]224!
[1958]225! 1957 2016-07-07 10:43:48Z suehring
226! flight module added
227!
[1921]228! 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring
229! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
230! calculation of Obukhov length
231!
[1919]232! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
233! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
234! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
235!         routine because otherwise results from pres are overwritten
236!
[1917]237! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
238! Added initialization of the wind turbine model
239!
[1879]240! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
241! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
242!
[1851]243! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
[1849]244! Adapted for modularization of microphysics.
245! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
[1852]246! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
[1849]247! microphysics_init.
248!
[1846]249! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
250! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
[1914]251!
[1834]252! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
253! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
254!
[1832]255! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
256! turbulence renamed collision_turbulence
257!
[1827]258! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
259! Renamed radiation calls.
260! Renamed canopy model calls.
261!
[1823]262! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
263! icloud_scheme replaced by microphysics_*
[1914]264!
[1818]265! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
266! Renamed lsm calls.
267!
[1816]268! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
269! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
270! in r1762)
271!
[1789]272! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
273! Added z0q.
274! Syntax layout improved.
275!
[1784]276! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
277! netcdf module name changed + related changes
278!
[1765]279! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
280! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
281!
[1763]282! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
283! Introduction of nested domain feature
284!
[1739]285! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
286! calculate mean surface level height for each statistic region
287!
[1735]288! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
289! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
290! set zero
291!
[1708]292! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
293! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
294! devision by zero in neutral stratification
295!
[1692]296! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
297! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
298!
[1683]299! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
300! Code annotations made doxygen readable
301!
[1616]302! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
303! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
304!
[1586]305! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
306! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
307!
[1576]308! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
309! adjustments for psolver-queries
310!
[1552]311! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
[1817]312! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
[1552]313! which is part of land_surface_model.
314!
[1508]315! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
316! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
317!
[1497]318! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
319! Added initialization of the land surface and radiation schemes
320!
[1485]321! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
[1484]322! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
[1508]323! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
324! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
325! call of subroutine init_plant_canopy added.
[1341]326!
[1432]327! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
328! var_d added, in order to normalize spectra.
329!
[1430]330! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
331! Ensemble run capability added to parallel random number generator
332!
[1412]333! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
334! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
335! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
336!
[1407]337! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
338! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
339! no-slip boundary condition for uv
340!
[1403]341! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
342! location messages modified
343!
[1401]344! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
345! Parallel random number generator added
346!
[1385]347! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
348! location messages added
349!
[1362]350! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
351! tend_* removed
352! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
353!
[1360]354! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
355! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
356! module
357!
[1354]358! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
359! REAL constants provided with KIND-attribute
360!
[1341]361! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
362! REAL constants defined as wp-kind
363!
[1323]364! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
365! REAL constants defined as wp-kind
366! module interfaces removed
367!
[1321]368! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
369! ONLY-attribute added to USE-statements,
370! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
371! kinds are defined in new module kinds,
372! revision history before 2012 removed,
373! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
374! all variable declaration statements
375!
[1317]376! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
377! Bugfix: allocation of w_subs
378!
[1300]379! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
380! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
381! with large scale forcing data (LSF_DATA)
382!
[1242]383! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
384! Overwrite initial profiles in case of nudging
385! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
386!
[1222]387! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
388! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
389! copy
390!
[1213]391! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
392! array tri is allocated and included in data copy statement
393!
[1196]394! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
395! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
396!
[1182]397! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
398! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
399!
[1172]400! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
401! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
402!
[1160]403! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
404! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
405!
[1154]406! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
407! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
[1171]408! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
[1154]409!
[1116]410! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
411! unused variables removed
412!
[1114]413! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
414! openACC directive modified
415!
[1112]416! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
417! openACC directives added for pres
418! array diss allocated only if required
419!
[1093]420! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
421! unused variables removed
422!
[1066]423! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
424! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
425!
[1054]426! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
[1053]427! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
428! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
429! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
430! +tend_*, prr
[979]431!
[1037]432! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
433! code put under GPL (PALM 3.9)
434!
[1033]435! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
436! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
437!
[1026]438! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
439! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
440!
[1017]441! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
442! mask is set to zero for ghost boundaries
443!
[1011]444! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
445! cpp switch __nopointer added for pointer free version
446!
[1004]447! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
448! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
449!
[1002]450! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
451! all actions concerning leapfrog scheme removed
452!
[997]453! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
454! little reformatting
455!
[979]456! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
[978]457! outflow damping layer removed
458! roughness length for scalar quantites z0h added
459! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
460! boundaries added
461! initialization of ptdf_x, ptdf_y
462! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
[708]463!
[850]464! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
465! init_particles renamed lpm_init
466!
[826]467! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
468! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
469!
[1]470! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
471! Initial revision
472!
473!
474! Description:
475! ------------
[1682]476!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
477!> a) pre-run the 1D model
478!> or
479!> b) pre-set constant linear profiles
480!> or
481!> c) read values of a previous run
[1]482!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]483 SUBROUTINE init_3d_model
484 
[1]485
[667]486    USE advec_ws
[1320]487
[1]488    USE arrays_3d
[1849]489
[2696]490    USE chemistry_model_mod,                                                   &
491        ONLY:  chem_emissions
492
[2037]493    USE cloud_parameters,                                                      &
494        ONLY:  cp, l_v, r_d
495
[1320]496    USE constants,                                                             &
497        ONLY:  pi
498   
[1]499    USE control_parameters
[1320]500   
[1957]501    USE flight_mod,                                                            &
502        ONLY:  flight_init
503   
[1320]504    USE grid_variables,                                                        &
[2037]505        ONLY:  dx, dy, ddx2_mg, ddy2_mg
[2817]506
507    USE gust_mod,                                                              &
508        ONLY:  gust_init, gust_init_arrays, gust_module_enabled
[1320]509   
[1]510    USE indices
[1320]511   
512    USE kinds
[1496]513
514    USE land_surface_model_mod,                                                &
[2232]515        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays
[3159]516
517    USE lpm_init_mod,                                                          &
518        ONLY:  lpm_init
[1496]519 
[2320]520    USE lsf_nudging_mod,                                                       &
[2696]521        ONLY:  lsf_init, ls_forcing_surf, nudge_init
[1849]522
523    USE microphysics_mod,                                                      &
524        ONLY:  collision_turbulence, microphysics_init
525
[2338]526    USE model_1d_mod,                                                          &
527        ONLY:  e1d, init_1d_model, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d,  &
528               v1d, vsws1d 
529
[3159]530    USE multi_agent_system_mod,                                                &
531        ONLY:  agents_active, mas_init
532
[1783]533    USE netcdf_interface,                                                      &
[2817]534        ONLY:  dots_max, dots_num, dots_unit, dots_label
[2696]535
[2906]536    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
[2696]537        ONLY:  init_3d, netcdf_data_input_interpolate, netcdf_data_input_init_3d
[1320]538   
539    USE particle_attributes,                                                   &
540        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
541   
[1]542    USE pegrid
[1320]543   
[1484]544    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
[2746]545        ONLY:  pcm_init
[1496]546
[2934]547    USE pmc_interface,                                                         &
548        ONLY:  nested_run
549
[1496]550    USE radiation_model_mod,                                                   &
[2977]551        ONLY:  average_radiation,                                              &
[2995]552               radiation_init, radiation, radiation_scheme,                    &
[2906]553               radiation_calc_svf, radiation_write_svf,                        &
[2696]554               radiation_interaction, radiation_interactions,                  &
[2920]555               radiation_interaction_init, radiation_read_svf,                 &
[2977]556               radiation_presimulate_solar_pos, radiation_interactions_on
[1484]557   
[1320]558    USE random_function_mod 
559   
[1400]560    USE random_generator_parallel,                                             &
[2172]561        ONLY:  init_parallel_random_generator
[2894]562
563    USE read_restart_data_mod,                                                 &
564        ONLY:  rrd_read_parts_of_global, rrd_local                                     
[1400]565   
[1320]566    USE statistics,                                                            &
[1738]567        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
[1833]568               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
[2277]569               sums_l_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,                             &
[1833]570               weight_pres, weight_substep
[2259]571
572    USE synthetic_turbulence_generator_mod,                                    &
[2776]573        ONLY:  stg_init, use_syn_turb_gen
[2259]574
[1691]575    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
576        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
[2232]577
578    USE surface_mod,                                                           &
579        ONLY :  init_surface_arrays, init_surfaces, surf_def_h, surf_lsm_h,    &
[2977]580                surf_usm_h, get_topography_top_index_ji, vertical_surfaces_exist
[1691]581   
[2007]582    USE transpose_indices
[1]583
[2696]584    USE turbulence_closure_mod,                                                &
585        ONLY:  tcm_init_arrays, tcm_init
586
[2007]587    USE urban_surface_mod,                                                     &
[2696]588        ONLY:  usm_init_urban_surface, usm_allocate_surface
[2007]589
[2696]590    USE uv_exposure_model_mod,                                                 &
591        ONLY:  uvem_init, uvem_init_arrays
592
[1914]593    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
[2564]594        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays
[1914]595
[1]596    IMPLICIT NONE
597
[1682]598    INTEGER(iwp) ::  i             !<
599    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
600    INTEGER(iwp) ::  j             !<
601    INTEGER(iwp) ::  k             !<
[2232]602    INTEGER(iwp) ::  k_surf        !< surface level index
603    INTEGER(iwp) ::  m             !< index of surface element in surface data type
604    INTEGER(iwp) ::  sr            !< index of statistic region
[1]605
[1682]606    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
[1]607
[1682]608    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
609    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
[1]610
[2037]611    REAL(wp)     ::  t_surface !< air temperature at the surface
612
613    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  p_hydrostatic !< hydrostatic pressure
614
615    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
616    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
617    REAL(wp) ::  dx_l !< grid spacing along x on different multigrid level
618    REAL(wp) ::  dy_l !< grid spacing along y on different multigrid level
619
[1764]620    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
621    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
[1]622
[1738]623    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
[1682]624    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
625    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
[1]626
[2550]627    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift   !<
628    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift   !<
629    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift   !<
630    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift   !<
631    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift_l !<
632    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift_l !<
633    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift_l !<
634    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift_l !<
[485]635
[1402]636    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
[1]637!
638!-- Allocate arrays
[1788]639    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
640              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
641              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
642              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
643              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
644              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
645              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
646              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
[1]647              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
[1195]648    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
[1788]649    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
650              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
651              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
652              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
653              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
654              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
655              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
656              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
657              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
[394]658              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
[978]659    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
[1]660
[1788]661    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
662              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
[1010]663              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
664
665#if defined( __nopointer )
[2696]666    ALLOCATE( pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
[1788]667              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
668              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
669              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
670              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
671              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
672              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
673              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
674              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
675              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
676              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
[1010]677              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
678#else
[2696]679    ALLOCATE( pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
[1788]680              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
681              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
682              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
683              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
684              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
685              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
686              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
687              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
688              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
[667]689              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1788]690    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
[1032]691       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
692    ENDIF
[1010]693#endif
694
[673]695!
[707]696!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
697!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
698!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
699!-- solver.
700    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
701       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1575]702    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
[707]703!
704!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
705       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
[673]706    ENDIF
[1]707
[1111]708!
709!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
710    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
[1212]711       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
[1111]712       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
713    ENDIF
714
[1960]715    IF ( humidity )  THEN
[1]716!
[1960]717!--    3D-humidity
[1010]718#if defined( __nopointer )
[1788]719       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
720                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[3011]721                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
722                 vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]723#else
[1788]724       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
725                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[3011]726                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
727                 vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ) 
[1010]728#endif
[1]729
[3011]730       IF ( cloud_physics )  THEN
[1]731!
732!--          Liquid water content
[1010]733#if defined( __nopointer )
[3011]734          ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]735#else
[3011]736          ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]737#endif
[1053]738
739!
[3011]740!--       3D-cloud water content
741          IF ( .NOT. microphysics_morrison )  THEN
[1053]742#if defined( __nopointer )
[3011]743             ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]744#else
[3011]745             ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1053]746#endif
[3011]747          ENDIF
[1822]748!
[3011]749!--       Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
750          ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[2292]751
752!
[3011]753!--       3d-precipitation rate
754          ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]755
[3011]756          IF ( microphysics_morrison )  THEN
[2292]757!
[3011]758!--          3D-cloud drop water content, cloud drop concentration arrays
[2292]759#if defined( __nopointer )
[3011]760             ALLOCATE( nc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
761                       nc_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
762                       qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
763                       qc_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
764                       tnc_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   & 
765                       tqc_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[2292]766#else
[3011]767             ALLOCATE( nc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
768                       nc_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
769                       nc_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
770                       qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
771                       qc_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
772                       qc_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[2292]773#endif
[3011]774          ENDIF
[2292]775
[3011]776          IF ( microphysics_seifert )  THEN
[1053]777!
[3011]778!--          3D-rain water content, rain drop concentration arrays
[1115]779#if defined( __nopointer )
[3011]780             ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
781                       nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
782                       qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
783                       qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
784                       tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
785                       tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]786#else
[3011]787             ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
788                       nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
789                       nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
790                       qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
791                       qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
792                       qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1115]793#endif
[1]794          ENDIF
795
[3011]796       ENDIF
797
798       IF ( cloud_droplets )  THEN
[1]799!
[3011]800!--       Liquid water content, change in liquid water content
[1010]801#if defined( __nopointer )
[3011]802          ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
803                     ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]804#else
[3011]805          ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
806                     ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1010]807#endif
808!
[3011]809!--       Real volume of particles (with weighting), volume of particles
810          ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
811                     ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1]812       ENDIF
813
[3011]814    ENDIF   
[1960]815   
816    IF ( passive_scalar )  THEN
[1]817
[1960]818!
819!--    3D scalar arrays
820#if defined( __nopointer )
821       ALLOCATE( s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
822                 s_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
823                 ts_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
824#else
825       ALLOCATE( s_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
826                 s_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
827                 s_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
828#endif
829    ENDIF
830
[94]831    IF ( ocean )  THEN
[1010]832#if defined( __nopointer )
[1788]833       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[2031]834                 rho_ocean(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
[1788]835                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
836                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[1010]837                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
838#else
[1788]839       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
840                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
841                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
842                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
[667]843                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[388]844       prho => prho_1
[2031]845       rho_ocean  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
[388]846                      ! density to be apointer
[1010]847#endif
[94]848    ENDIF
849
[1]850!
[2037]851!-- Allocation of anelastic and Boussinesq approximation specific arrays
852    ALLOCATE( p_hydrostatic(nzb:nzt+1) )
853    ALLOCATE( rho_air(nzb:nzt+1) )
854    ALLOCATE( rho_air_zw(nzb:nzt+1) )
855    ALLOCATE( drho_air(nzb:nzt+1) )
856    ALLOCATE( drho_air_zw(nzb:nzt+1) )
857
858!
859!-- Density profile calculation for anelastic approximation
[2252]860    t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**( r_d / cp )
[2037]861    IF ( TRIM( approximation ) == 'anelastic' ) THEN
862       DO  k = nzb, nzt+1
863          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
864                                ( 1 - ( g * zu(k) ) / ( cp * t_surface )       &
865                                )**( cp / r_d )
866          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
867                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
868                                  )**( r_d / cp )                              &
869                                ) / ( r_d * pt_init(k) )
870       ENDDO
871       DO  k = nzb, nzt
872          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
873       ENDDO
874       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
875                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
876    ELSE
[2252]877       DO  k = nzb, nzt+1
878          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
879                                ( 1 - ( g * zu(nzb) ) / ( cp * t_surface )       &
880                                )**( cp / r_d )
881          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
882                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
883                                  )**( r_d / cp )                              &
884                                ) / ( r_d * pt_init(nzb) )
885       ENDDO
886       DO  k = nzb, nzt
887          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
888       ENDDO
889       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
890                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
[2037]891    ENDIF
[2696]892!
[2037]893!-- compute the inverse density array in order to avoid expencive divisions
894    drho_air    = 1.0_wp / rho_air
895    drho_air_zw = 1.0_wp / rho_air_zw
896
897!
898!-- Allocation of flux conversion arrays
899    ALLOCATE( heatflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
900    ALLOCATE( waterflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
901    ALLOCATE( momentumflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
902    ALLOCATE( heatflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
903    ALLOCATE( waterflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
904    ALLOCATE( momentumflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
905
906!
907!-- calculate flux conversion factors according to approximation and in-/output mode
908    DO  k = nzb, nzt+1
909
910        IF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'kinematic' )  THEN
911            heatflux_input_conversion(k)      = rho_air_zw(k)
912            waterflux_input_conversion(k)     = rho_air_zw(k)
913            momentumflux_input_conversion(k)  = rho_air_zw(k)
914        ELSEIF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'dynamic' ) THEN
915            heatflux_input_conversion(k)      = 1.0_wp / cp
916            waterflux_input_conversion(k)     = 1.0_wp / l_v
917            momentumflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
918        ENDIF
919
920        IF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'kinematic' )  THEN
921            heatflux_output_conversion(k)     = drho_air_zw(k)
922            waterflux_output_conversion(k)    = drho_air_zw(k)
923            momentumflux_output_conversion(k) = drho_air_zw(k)
924        ELSEIF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'dynamic' ) THEN
925            heatflux_output_conversion(k)     = cp
926            waterflux_output_conversion(k)    = l_v
927            momentumflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
928        ENDIF
929
930        IF ( .NOT. humidity ) THEN
931            waterflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
932            waterflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
933        ENDIF
934
935    ENDDO
936
937!
938!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
939!-- grid levels with respective density on each grid
940    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
941
942       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level) )
943       ALLOCATE( ddy2_mg(maximum_grid_level) )
944       ALLOCATE( dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
945       ALLOCATE( dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
946       ALLOCATE( f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
947       ALLOCATE( f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
948       ALLOCATE( f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
949       ALLOCATE( rho_air_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
950       ALLOCATE( rho_air_zw_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
951
952       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
953       rho_air_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air
954!       
955!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
956       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
957       rho_air_mg(nzb,maximum_grid_level) = rho_air(nzb) +                     &
958                                             (rho_air(nzb) - rho_air(nzb+1))
959
960       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
961       rho_air_zw_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air_zw
962       nzt_l = nzt
963       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
964           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
965           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
966           rho_air_mg(nzb,l)    = rho_air_mg(nzb,l+1) + (rho_air_mg(nzb,l+1) - rho_air_mg(nzb+1,l+1))
967           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))
968           rho_air_mg(nzb+1,l)    = rho_air_mg(nzb+1,l+1)
969           rho_air_zw_mg(nzb+1,l) = rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1)
970           nzt_l = nzt_l / 2
971           DO  k = 2, nzt_l+1
972              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
973              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
974              rho_air_mg(k,l)    = rho_air_mg(2*k-1,l+1)
975              rho_air_zw_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(2*k-1,l+1)
976           ENDDO
977       ENDDO
978
979       nzt_l = nzt
980       dx_l  = dx
981       dy_l  = dy
982       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
983          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
984          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
985          DO  k = nzb+1, nzt_l
986             f2_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k,l) / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
987             f3_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k-1,l) / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
988             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) &
989                          * rho_air_mg(k,l) + f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
990          ENDDO
991          nzt_l = nzt_l / 2
992          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
993          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
994       ENDDO
995
996    ENDIF
997
998!
[1299]999!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
[1361]1000    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
1001       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
1002       w_subs = 0.0_wp
1003    ENDIF
[1299]1004
1005!
[106]1006!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
1007!-- are needed for radiation boundary conditions
[73]1008    IF ( outflow_l )  THEN
[1788]1009       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
1010                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
[667]1011                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
[73]1012    ENDIF
1013    IF ( outflow_r )  THEN
[1788]1014       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
1015                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
[667]1016                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
[73]1017    ENDIF
[106]1018    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
[1788]1019       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
[667]1020                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
[106]1021    ENDIF
[73]1022    IF ( outflow_s )  THEN
[1788]1023       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
1024                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
[667]1025                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
[73]1026    ENDIF
1027    IF ( outflow_n )  THEN
[1788]1028       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
1029                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
[667]1030                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
[73]1031    ENDIF
[106]1032    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[1788]1033       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
[667]1034                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
[106]1035    ENDIF
[996]1036    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
[978]1037       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
1038       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
1039    ENDIF
[73]1040
[978]1041
[1010]1042#if ! defined( __nopointer )
[73]1043!
[1]1044!-- Initial assignment of the pointers
[1032]1045    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1046       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
1047    ELSE
1048       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
1049    ENDIF
[1001]1050    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
1051    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
1052    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
[1]1053
[1960]1054    IF ( humidity )  THEN
[1001]1055       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
[1053]1056       IF ( humidity )  THEN
1057          vpt  => vpt_1   
1058          IF ( cloud_physics )  THEN
1059             ql => ql_1
[2292]1060             IF ( .NOT. microphysics_morrison )  THEN
1061                qc => qc_1
1062             ENDIF
1063             IF ( microphysics_morrison )  THEN
1064                qc => qc_1;  qc_p  => qc_2;  tqc_m  => qc_3
1065                nc => nc_1;  nc_p  => nc_2;  tnc_m  => nc_3
1066             ENDIF
[1822]1067             IF ( microphysics_seifert )  THEN
1068                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
1069                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
[1053]1070             ENDIF
1071          ENDIF
1072       ENDIF
[1001]1073       IF ( cloud_droplets )  THEN
1074          ql   => ql_1
1075          ql_c => ql_2
[1]1076       ENDIF
[1001]1077    ENDIF
[1960]1078   
1079    IF ( passive_scalar )  THEN
1080       s => s_1;  s_p => s_2;  ts_m => s_3
1081    ENDIF   
[1]1082
[1001]1083    IF ( ocean )  THEN
1084       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
1085    ENDIF
[1010]1086#endif
[1]1087!
[2696]1088!-- Initialize arrays for turbulence closure
1089    CALL tcm_init_arrays
1090!
1091!-- Initialize surface arrays
[2232]1092    CALL init_surface_arrays
1093!
[1551]1094!-- Allocate land surface model arrays
1095    IF ( land_surface )  THEN
[1817]1096       CALL lsm_init_arrays
[1551]1097    ENDIF
1098
1099!
[1914]1100!-- Allocate wind turbine model arrays
1101    IF ( wind_turbine )  THEN
1102       CALL wtm_init_arrays
1103    ENDIF
[1957]1104!
[2817]1105!-- Allocate gust module arrays
1106    IF ( gust_module_enabled )  THEN
1107       CALL gust_init_arrays
1108    ENDIF
1109
1110!
[1957]1111!-- Initialize virtual flight measurements
1112    IF ( virtual_flight )  THEN
1113       CALL flight_init
1114    ENDIF
[1914]1115
1116!
[2696]1117!-- Read uv exposure input data
1118    IF ( uv_exposure )  THEN
1119       CALL uvem_init
[2320]1120    ENDIF
1121!
[2696]1122!-- Allocate uv exposure arrays
1123    IF ( uv_exposure )  THEN
1124       CALL uvem_init_arrays
[2320]1125    ENDIF
1126
1127!
[709]1128!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
1129!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
1130!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
1131!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
1132!-- will be set.
[1788]1133    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
[1878]1134              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
[1340]1135    weight_substep = 1.0_wp
1136    weight_pres    = 1.0_wp
[1918]1137    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
[673]1138       
[1402]1139    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1918]1140
[673]1141!
[3014]1142!-- Initialize time series
1143    ts_value = 0.0_wp
1144
1145!
[1918]1146!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1147!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1148!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1149!-- are never initialized)
1150    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1151    sums_divold_l      = 0.0_wp
1152    sums_l_l           = 0.0_wp
1153    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
1154
[2696]1155
1156
[1918]1157!
[1]1158!-- Initialize model variables
[1788]1159    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
[328]1160         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
[1]1161!
[2696]1162!--    Initialization with provided input data derived from larger-scale model
1163       IF ( INDEX( initializing_actions, 'inifor' ) /= 0 )  THEN
1164          CALL location_message( 'initializing with INIFOR', .FALSE. )
1165!
[3051]1166!--       Read initial 1D profiles or 3D data from NetCDF file, depending
1167!--       on the provided level-of-detail.
[2696]1168!--       At the moment, only u, v, w, pt and q are provided.
1169          CALL netcdf_data_input_init_3d
1170!
1171!--       Please note, at the moment INIFOR assumes only an equidistant vertical
1172!--       grid. In case of vertical grid stretching, input of inital data
1173!--       need to be inter- and/or extrapolated.
1174!--       Therefore, check if zu grid on file is identical to numeric zw grid.
1175!--       Please note 
1176          IF ( ANY( zu(1:nzt+1) /= init_3d%zu_atmos(1:init_3d%nzu) ) )  THEN
[1384]1177
[3051]1178             IF( init_3d%lod_u == 1 )                                          &
1179                CALL netcdf_data_input_interpolate(                            &
1180                                                 init_3d%u_init(nzb+1:nzt+1),  &
[2696]1181                                                 zu(nzb+1:nzt+1),              &
1182                                                 init_3d%zu_atmos )
[3051]1183                                                 
1184             IF( init_3d%lod_v == 1 )                                          &
1185                CALL netcdf_data_input_interpolate(                            &
1186                                                 init_3d%v_init(nzb+1:nzt+1),  &
[2696]1187                                                 zu(nzb+1:nzt+1),              &
1188                                                 init_3d%zu_atmos )
[3051]1189                                                 
[2696]1190!              CALL netcdf_data_input_interpolate( init_3d%w_init(nzb+1:nzt),    &
1191!                                                  zw(nzb+1:nzt),                &
1192!                                                  init_3d%zw_atmos )
[3051]1193
1194             IF ( .NOT. neutral  .AND.  init_3d%lod_pt == 1 )                  &
[2696]1195                CALL netcdf_data_input_interpolate(                            &
1196                                             init_3d%pt_init(nzb+1:nzt+1),     &
1197                                             zu(nzb+1:nzt+1),                  &
1198                                             init_3d%zu_atmos )
[3051]1199                                             
1200             IF ( humidity  .AND.  init_3d%lod_q == 1 )                        &
[2696]1201                CALL netcdf_data_input_interpolate(                            &
1202                                             init_3d%q_init(nzb+1:nzt+1),      &
1203                                             zu(nzb+1:nzt+1),                  &
1204                                             init_3d%zu_atmos )
1205          ENDIF
[3051]1206!
1207!--       In case of LOD=1, initialize 1D profiles and 3D data. 
1208          IF( init_3d%lod_u == 1 )  u_init = init_3d%u_init
1209          IF( init_3d%lod_v == 1 )  v_init = init_3d%v_init   
1210          IF( .NOT. neutral  .AND.  init_3d%lod_pt == 1 )                      &
1211             pt_init = init_3d%pt_init
1212          IF( humidity  .AND.  init_3d%lod_q == 1 )                            &
1213             q_init  = init_3d%q_init
[2696]1214
1215!
1216!--       Please note, Inifor provides data from nzb+1 to nzt+1.
1217!--       Initialize pt and q with Neumann condition at nzb.
1218          IF( .NOT. neutral )  pt_init(nzb) = pt_init(nzb+1)
1219          IF( humidity      )  q_init(nzb)  = q_init(nzb+1)
1220          DO  i = nxlg, nxrg
1221             DO  j = nysg, nyng
[3051]1222                IF( init_3d%lod_u == 1 )  u(:,j,i) = u_init(:)
1223                IF( init_3d%lod_v == 1 )  v(:,j,i) = v_init(:)
1224                IF( .NOT. neutral  .AND.  init_3d%lod_pt == 1 )                &
1225                   pt(:,j,i) = pt_init(:)
1226                IF( humidity  .AND.  init_3d%lod_q == 1 )                      &
1227                   q(:,j,i)  = q_init(:)
[2696]1228             ENDDO
1229          ENDDO
1230!
1231!--       MS: What about the geostrophic wind profiles? Actually these
1232!--           are not identical to the initial wind profiles in this case.
1233!--           This need to be further revised.
[2938]1234          IF ( init_3d%from_file_ug )  THEN
1235             ug(:) = init_3d%ug_init(:)
1236          ENDIF
1237          IF ( init_3d%from_file_vg )  THEN
1238             vg(:) = init_3d%vg_init(:)
1239          ENDIF
1240
1241          ug(nzt+1) = ug(nzt)
1242          vg(nzt+1) = vg(nzt)
1243
[2696]1244!
1245!--       Set inital w to 0
1246          w = 0.0_wp
1247!
1248!--       Initialize the remaining quantities
1249          IF ( humidity )  THEN
1250             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1251                DO  i = nxlg, nxrg
1252                   DO  j = nysg, nyng
1253                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1254                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1255                   ENDDO
1256                ENDDO
1257             ENDIF
1258
1259             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1260                DO  i = nxlg, nxrg
1261                   DO  j = nysg, nyng
1262                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1263                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
1264                   ENDDO
1265                ENDDO
1266             ENDIF
1267
1268          ENDIF
1269
1270          IF ( passive_scalar )  THEN
1271             DO  i = nxlg, nxrg
1272                DO  j = nysg, nyng
1273                   s(:,j,i) = s_init
1274                ENDDO
1275             ENDDO
1276          ENDIF
1277
1278          IF ( ocean )  THEN
1279             DO  i = nxlg, nxrg
1280                DO  j = nysg, nyng
1281                   sa(:,j,i) = sa_init
1282                ENDDO
1283             ENDDO
1284          ENDIF
1285
1286!
1287!--       Set velocity components at non-atmospheric / oceanic grid points to
1288!--       zero.
1289          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1290          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1291          w = MERGE( w, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 3 ) )
[2700]1292!
1293!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1294!--       fluxes, etc.
1295          CALL init_surfaces
[2938]1296!
1297!--       Initialize turbulence generator
1298          IF( use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
[2696]1299
1300          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1301!
1302!--    Initialization via computed 1D-model profiles
1303       ELSEIF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
1304
[1402]1305          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
[1]1306!
1307!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
1308!--       start 1D model
1309          CALL init_1d_model
1310!
1311!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
[667]1312          DO  i = nxlg, nxrg
1313             DO  j = nysg, nyng
[1]1314                pt(:,j,i) = pt_init
1315                u(:,j,i)  = u1d
1316                v(:,j,i)  = v1d
1317             ENDDO
1318          ENDDO
1319
[1960]1320          IF ( humidity )  THEN
[667]1321             DO  i = nxlg, nxrg
1322                DO  j = nysg, nyng
[1]1323                   q(:,j,i) = q_init
1324                ENDDO
1325             ENDDO
[2292]1326             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1327                DO  i = nxlg, nxrg
1328                   DO  j = nysg, nyng
1329                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1330                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1331                   ENDDO
1332                ENDDO
1333             ENDIF
[1822]1334             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1053]1335                DO  i = nxlg, nxrg
1336                   DO  j = nysg, nyng
[1340]1337                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1338                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]1339                   ENDDO
1340                ENDDO
1341             ENDIF
[1]1342          ENDIF
[2292]1343
[1960]1344          IF ( passive_scalar )  THEN
1345             DO  i = nxlg, nxrg
1346                DO  j = nysg, nyng
1347                   s(:,j,i) = s_init
1348                ENDDO
1349             ENDDO   
1350          ENDIF
[1]1351!
1352!--          Store initial profiles for output purposes etc.
[2696]1353          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
[1]1354             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
1355          ENDIF
1356!
[2696]1357!--       Set velocities back to zero
[2758]1358          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1359          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )         
[1]1360!
[2696]1361!--       WARNING: The extra boundary conditions set after running the
1362!--       -------  1D model impose an error on the divergence one layer
1363!--                below the topography; need to correct later
1364!--       ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
1365!--       ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
1366!--                  the topography.
1367          IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
[667]1368!
[2696]1369!--          Neumann condition
1370             DO  i = nxl-1, nxr+1
1371                DO  j = nys-1, nyn+1
1372                   u(nzb,j,i) = u(nzb+1,j,i)
1373                   v(nzb,j,i) = v(nzb+1,j,i)
[1]1374                ENDDO
[2696]1375             ENDDO
[1]1376
1377          ENDIF
[2618]1378!
1379!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1380!--       fluxes, etc.
1381          CALL init_surfaces
[1]1382
[1402]1383          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1384
[1788]1385       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
[1]1386       THEN
[1241]1387
[1402]1388          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
[1]1389!
[2259]1390!--       Overwrite initial profiles in case of synthetic turbulence generator
[2938]1391          IF( use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
[2259]1392
1393!
[1]1394!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
1395!--       temperature profile with constant gradient)
[667]1396          DO  i = nxlg, nxrg
1397             DO  j = nysg, nyng
[1]1398                pt(:,j,i) = pt_init
1399                u(:,j,i)  = u_init
1400                v(:,j,i)  = v_init
1401             ENDDO
1402          ENDDO
1403!
[2758]1404!--       Mask topography
1405          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1406          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1407!
[292]1408!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
1409!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
1410!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
[2758]1411!--       in the limiting formula!).
1412!--       Please note, in case land- or urban-surface model is used and a
1413!--       spinup is applied, masking the lowest computational level is not
1414!--       possible as MOST as well as energy-balance parametrizations will not
1415!--       work with zero wind velocity.
1416          IF ( ibc_uv_b /= 1  .AND.  .NOT.  spinup )  THEN
[1815]1417             DO  i = nxlg, nxrg
1418                DO  j = nysg, nyng
[2232]1419                   DO  k = nzb, nzt
1420                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1421                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 20 ) )
1422                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1423                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 21 ) )
1424                   ENDDO
[1815]1425                ENDDO
1426             ENDDO
1427          ENDIF
[1]1428
[1960]1429          IF ( humidity )  THEN
[667]1430             DO  i = nxlg, nxrg
1431                DO  j = nysg, nyng
[1]1432                   q(:,j,i) = q_init
1433                ENDDO
1434             ENDDO
[2292]1435             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1436                DO  i = nxlg, nxrg
1437                   DO  j = nysg, nyng
1438                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1439                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1440                   ENDDO
1441                ENDDO
1442             ENDIF
1443
[1822]1444             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1445                DO  i = nxlg, nxrg
1446                   DO  j = nysg, nyng
1447                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1448                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
[1053]1449                   ENDDO
[1822]1450                ENDDO
[2292]1451             ENDIF
[1115]1452
[1]1453          ENDIF
[1960]1454         
1455          IF ( passive_scalar )  THEN
1456             DO  i = nxlg, nxrg
1457                DO  j = nysg, nyng
1458                   s(:,j,i) = s_init
1459                ENDDO
1460             ENDDO
1461          ENDIF
[1]1462
[94]1463          IF ( ocean )  THEN
[667]1464             DO  i = nxlg, nxrg
1465                DO  j = nysg, nyng
[94]1466                   sa(:,j,i) = sa_init
1467                ENDDO
1468             ENDDO
1469          ENDIF
[1920]1470!
[1]1471!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
1472!--       of a sloping surface
1473          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
[2618]1474!
1475!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1476!--       fluxes, etc.
1477          CALL init_surfaces
[1]1478
[1402]1479          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1480
[1788]1481       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
[46]1482       THEN
[1384]1483
[1402]1484          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
[46]1485!
[2618]1486!--       Pre-initialize surface variables, i.e. setting start- and end-indices
1487!--       at each (j,i)-location. Please note, this does not supersede
1488!--       user-defined initialization of surface quantities.
1489          CALL init_surfaces
1490!
[46]1491!--       Initialization will completely be done by the user
1492          CALL user_init_3d_model
1493
[1402]1494          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1495
[1]1496       ENDIF
[1384]1497
[1402]1498       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
1499                              .FALSE. )
[1384]1500
[667]1501!
1502!--    Bottom boundary
1503       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
[1340]1504          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
1505          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
[667]1506       ENDIF
[1]1507
1508!
[151]1509!--    Apply channel flow boundary condition
[132]1510       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
[1340]1511          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1512          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
[132]1513       ENDIF
1514
1515!
[1]1516!--    Calculate virtual potential temperature
[1960]1517       IF ( humidity )  vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
[1]1518
1519!
[2696]1520!--    Store initial profiles for output purposes etc.. Please note, in case of
1521!--    initialization of u, v, w, pt, and q via output data derived from larger
1522!--    scale models, data will not be horizontally homogeneous. Actually, a mean
1523!--    profile should be calculated before.   
[1]1524       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1525       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[667]1526       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
[1340]1527          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1528          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
[1]1529       ENDIF
1530       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1531
[2696]1532
1533!
1534!--    Store initial salinity profile
[97]1535       IF ( ocean )  THEN
1536          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1537       ENDIF
[1]1538
[75]1539       IF ( humidity )  THEN
[1]1540!
1541!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1542!--       temperature
1543          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1544          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[2696]1545!
[3040]1546!--       Store initial profile of mixing ratio and potential
[2696]1547!--       temperature
[1]1548          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1549             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1550             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1551          ENDIF
1552       ENDIF
1553
[2696]1554!
1555!--    Store initial scalar profile
[1]1556       IF ( passive_scalar )  THEN
[2513]1557          hom(:,1,121,:) = SPREAD(  s(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
[1]1558       ENDIF
1559
1560!
[1400]1561!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1562       CALL random_function_ini
[1429]1563       
[1400]1564       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
[2172]1565          CALL init_parallel_random_generator(nx, ny, nys, nyn, nxl, nxr)
[1400]1566       ENDIF
1567!
[1179]1568!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1569!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1570       IF ( use_single_reference_value )  THEN
[1788]1571          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
[1179]1572             ref_state(:) = pt_reference
1573          ELSE
1574             ref_state(:) = vpt_reference
1575          ENDIF
1576       ELSE
[1788]1577          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
[1179]1578             ref_state(:) = pt_init(:)
1579          ELSE
1580             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1581          ENDIF
1582       ENDIF
[152]1583
1584!
[707]1585!--    For the moment, vertical velocity is zero
[1340]1586       w = 0.0_wp
[1]1587
1588!
1589!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
[1340]1590       sums = 0.0_wp
[1]1591
1592!
[707]1593!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
[1575]1594       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
[707]1595
1596!
[72]1597!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1598!--    are zero at beginning of the simulation
1599       IF ( cloud_physics )  THEN
[1340]1600          ql = 0.0_wp
[1822]1601          qc = 0.0_wp
1602
1603          precipitation_amount = 0.0_wp
[72]1604       ENDIF
[673]1605!
[1]1606!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1607       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1608          CALL init_rankine
1609       ENDIF
1610
1611!
[3035]1612!--    Impose temperature anomaly (advection test only) or warm air bubble
1613!--    close to surface
1614       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0  .OR.  &
1615            INDEX( initializing_actions, 'initialize_bubble' ) /= 0  )  THEN
[1]1616          CALL init_pt_anomaly
1617       ENDIF
[3035]1618       
[1]1619!
1620!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
[1340]1621       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
[1]1622          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1623       ENDIF
1624
1625!
1626!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1627!--    run
[1960]1628       IF ( humidity  .AND.  q_surface_initial_change /= 0.0_wp )              &
[1]1629          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
[1960]1630         
1631       IF ( passive_scalar .AND.  s_surface_initial_change /= 0.0_wp )         &
1632          s(nzb,:,:) = s(nzb,:,:) + s_surface_initial_change
1633       
[1]1634
1635!
1636!--    Initialize old and new time levels.
[2696]1637       tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1638       pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
[1]1639
[1960]1640       IF ( humidity  )  THEN
[1340]1641          tq_m = 0.0_wp
[1]1642          q_p = q
[2292]1643          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1644             tqc_m = 0.0_wp
1645             qc_p  = qc
1646             tnc_m = 0.0_wp
1647             nc_p  = nc
1648          ENDIF
[1822]1649          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1650             tqr_m = 0.0_wp
[1822]1651             qr_p  = qr
[1340]1652             tnr_m = 0.0_wp
[1822]1653             nr_p  = nr
[1053]1654          ENDIF
[1]1655       ENDIF
[1960]1656       
1657       IF ( passive_scalar )  THEN
1658          ts_m = 0.0_wp
1659          s_p  = s
1660       ENDIF       
[1]1661
[94]1662       IF ( ocean )  THEN
[1340]1663          tsa_m = 0.0_wp
[94]1664          sa_p  = sa
1665       ENDIF
[667]1666       
[1402]1667       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[94]1668
[1788]1669    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
[2232]1670             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                   &
[1]1671    THEN
[1384]1672
[1402]1673       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1674                              .FALSE. )
[1]1675!
[2232]1676!--    Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1677!--    momentumfluxes, roughness, scaling parameters. As number of surface
1678!--    elements might be different between runs, e.g. in case of cyclic fill,
1679!--    and not all surface elements are read, surface elements need to be
1680!--    initialized before.     
1681       CALL init_surfaces
1682!
[767]1683!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1684!--    some of the global variables from the restart file which are required
1685!--    for initializing the inflow
[328]1686       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
[559]1687
[759]1688          DO  i = 0, io_blocks-1
1689             IF ( i == io_group )  THEN
[2894]1690                CALL rrd_read_parts_of_global
[759]1691             ENDIF
1692#if defined( __parallel )
1693             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1694#endif
1695          ENDDO
[328]1696
[767]1697       ENDIF
1698
[151]1699!
[2894]1700!--    Read processor specific binary data from restart file
[767]1701       DO  i = 0, io_blocks-1
1702          IF ( i == io_group )  THEN
[2894]1703             CALL rrd_local
[767]1704          ENDIF
1705#if defined( __parallel )
1706          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1707#endif
1708       ENDDO
1709
[328]1710!
[2550]1711!--    In case of complex terrain and cyclic fill method as initialization,
1712!--    shift initial data in the vertical direction for each point in the
1713!--    x-y-plane depending on local surface height
1714       IF ( complex_terrain  .AND.                                             &
1715            TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1716          DO  i = nxlg, nxrg
1717             DO  j = nysg, nyng
[2698]1718                nz_u_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'u' )
1719                nz_v_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'v' )
1720                nz_w_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'w' )
1721                nz_s_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 's' )
[2550]1722
1723                u(nz_u_shift:nzt+1,j,i)  = u(0:nzt+1-nz_u_shift,j,i)               
1724
1725                v(nz_v_shift:nzt+1,j,i)  = v(0:nzt+1-nz_v_shift,j,i)
1726
1727                w(nz_w_shift:nzt+1,j,i)  = w(0:nzt+1-nz_w_shift,j,i)
1728
1729                p(nz_s_shift:nzt+1,j,i)  =  p(0:nzt+1-nz_s_shift,j,i)
1730                pt(nz_s_shift:nzt+1,j,i) = pt(0:nzt+1-nz_s_shift,j,i)
1731             ENDDO
1732          ENDDO
1733       ENDIF
1734
1735!
[767]1736!--    Initialization of the turbulence recycling method
[1788]1737       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
[767]1738            turbulent_inflow )  THEN
1739!
1740!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1741!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1742!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1743!--       for u,v-components can be used.
[1960]1744          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,7) )
[151]1745
[767]1746          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1747             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1748             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1749          ELSE
[328]1750             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1751             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
[767]1752          ENDIF
1753          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
[1960]1754          IF ( humidity )                                                      &
1755             mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)   ! q
1756          IF ( passive_scalar )                                                &
1757             mean_inflow_profiles(:,7) = hom_sum(:,115,0)   ! s
[2550]1758!
1759!--       In case of complex terrain, determine vertical displacement at inflow
1760!--       boundary and adjust mean inflow profiles
1761          IF ( complex_terrain )  THEN
1762             IF ( nxlg <= 0 .AND. nxrg >= 0 .AND. nysg <= 0 .AND. nyng >= 0 )  THEN
[2698]1763                nz_u_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'u' )
1764                nz_v_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'v' )
1765                nz_w_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'w' )
1766                nz_s_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 's' )
[2550]1767             ELSE
1768                nz_u_shift_l = 0
1769                nz_v_shift_l = 0
1770                nz_w_shift_l = 0
1771                nz_s_shift_l = 0
1772             ENDIF
[151]1773
[2550]1774#if defined( __parallel )
1775             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_u_shift_l, nz_u_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1776                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1777             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_v_shift_l, nz_v_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1778                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1779             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_w_shift_l, nz_w_shift, 1, MPI_INTEGER,      & 
1780                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1781             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_s_shift_l, nz_s_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1782                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1783#else
1784             nz_u_shift = nz_u_shift_l
1785             nz_v_shift = nz_v_shift_l
1786             nz_w_shift = nz_w_shift_l
1787             nz_s_shift = nz_s_shift_l
1788#endif
1789
1790             mean_inflow_profiles(:,1) = 0.0_wp
1791             mean_inflow_profiles(nz_u_shift:nzt+1,1) = hom_sum(0:nzt+1-nz_u_shift,1,0)  ! u
1792
1793             mean_inflow_profiles(:,2) = 0.0_wp
1794             mean_inflow_profiles(nz_v_shift:nzt+1,2) = hom_sum(0:nzt+1-nz_v_shift,2,0)  ! v
1795
1796             mean_inflow_profiles(nz_s_shift:nzt+1,4) = hom_sum(0:nzt+1-nz_s_shift,4,0)  ! pt
1797
1798          ENDIF
1799
[151]1800!
[767]1801!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1802!--       profiles
1803          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1804             DO  i = nxlg, nxrg
[667]1805                DO  j = nysg, nyng
[328]1806                   DO  k = nzb, nzt+1
[767]1807                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1808                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
[328]1809                   ENDDO
[151]1810                ENDDO
[767]1811             ENDDO
1812          ENDIF
[151]1813
1814!
[767]1815!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1816!--       conditions are used)
1817          IF ( inflow_l )  THEN
1818             DO  j = nysg, nyng
1819                DO  k = nzb, nzt+1
1820                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1821                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
[1340]1822                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
[767]1823                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
[1960]1824                   IF ( humidity )                                             &
[1615]1825                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
[1960]1826                   IF ( passive_scalar )                                       &
1827                      s(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7)                     
[767]1828                ENDDO
1829             ENDDO
1830          ENDIF
1831
[151]1832!
[767]1833!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1834!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1835!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1836!--       in time.
[1340]1837          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
[767]1838!
1839!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1840!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1841!--          specified.
[1340]1842             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
[767]1843                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1844             ELSE
[1788]1845                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1846                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
[767]1847                     'calculated by the prerun is zero.'
1848                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
[292]1849             ENDIF
[151]1850
[767]1851          ENDIF
1852
[1340]1853          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
[151]1854!
[767]1855!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1856!--          layer
[1340]1857             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
[151]1858
[767]1859          ENDIF
[151]1860
[767]1861          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
[151]1862
[767]1863          DO  k = nzb, nzt+1
[151]1864
[767]1865             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
[1340]1866                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
[996]1867             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
[1340]1868                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
[996]1869                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1870                                           inflow_damping_width
[767]1871             ELSE
[1340]1872                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
[767]1873             ENDIF
[151]1874
[767]1875          ENDDO
[151]1876
[147]1877       ENDIF
1878
[152]1879!
[2696]1880!--    Inside buildings set velocities back to zero
[1788]1881       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
[359]1882            topography /= 'flat' )  THEN
1883!
[2696]1884!--       Inside buildings set velocities back to zero.
1885!--       Other scalars (pt, q, s, p, sa, ...) are ignored at present,
[359]1886!--       maybe revise later.
[1001]1887          DO  i = nxlg, nxrg
1888             DO  j = nysg, nyng
[2232]1889                DO  k = nzb, nzt
1890                   u(k,j,i)     = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1891                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1892                   v(k,j,i)     = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1893                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1894                   w(k,j,i)     = MERGE( w(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1895                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1896                ENDDO
[359]1897             ENDDO
[1001]1898          ENDDO
[359]1899
1900       ENDIF
1901
1902!
[1]1903!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1904!--    of a sloping surface
1905       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1906
1907!
1908!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1909!--    including ghost points)
[2696]1910       pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
[1960]1911       IF ( humidity )  THEN
[1053]1912          q_p = q
[2292]1913          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1914             qc_p = qc
1915             nc_p = nc
1916          ENDIF
[1822]1917          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1053]1918             qr_p = qr
1919             nr_p = nr
1920          ENDIF
1921       ENDIF
[1960]1922       IF ( passive_scalar )  s_p  = s
1923       IF ( ocean          )  sa_p = sa
[1]1924
[181]1925!
1926!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1927!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1928!--    there before they are set.
[2696]1929       tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
[1960]1930       IF ( humidity )  THEN
[1340]1931          tq_m = 0.0_wp
[2292]1932          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1933             tqc_m = 0.0_wp
1934             tnc_m = 0.0_wp
1935          ENDIF
[1822]1936          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
[1340]1937             tqr_m = 0.0_wp
1938             tnr_m = 0.0_wp
[1053]1939          ENDIF
1940       ENDIF
[1960]1941       IF ( passive_scalar )  ts_m  = 0.0_wp
1942       IF ( ocean          )  tsa_m = 0.0_wp
[2259]1943!
1944!--    Initialize synthetic turbulence generator in case of restart.
1945       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .AND.         &
[2776]1946            use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
[181]1947
[1402]1948       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]1949
[1]1950    ELSE
1951!
1952!--    Actually this part of the programm should not be reached
[254]1953       message_string = 'unknown initializing problem'
1954       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]1955    ENDIF
1956
[2696]1957!
1958!-- Initialize TKE, Kh and Km
1959    CALL tcm_init
[151]1960
[2696]1961
[151]1962    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
[1]1963!
[151]1964!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1965       IF ( outflow_l )  THEN
1966          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1967          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1968          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1969       ENDIF
1970       IF ( outflow_r )  THEN
1971          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1972          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1973          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1974       ENDIF
1975       IF ( outflow_s )  THEN
1976          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1977          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1978          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1979       ENDIF
1980       IF ( outflow_n )  THEN
1981          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1982          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1983          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1984       ENDIF
[667]1985       
[151]1986    ENDIF
[680]1987
[667]1988!
1989!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
[709]1990    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
[151]1991
[767]1992       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
[667]1993
[1340]1994          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1995          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]1996
[667]1997          IF ( nxr == nx )  THEN
1998             DO  j = nys, nyn
[2232]1999                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]2000                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
[2232]2001                                              u_init(k) * dzw(k)               &
2002                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2003                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
2004                                            )
2005
2006                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
2007                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2008                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
2009                                            )
[767]2010                ENDDO
2011             ENDDO
2012          ENDIF
2013         
2014          IF ( nyn == ny )  THEN
2015             DO  i = nxl, nxr
[2232]2016                DO  k = nzb+1, nzt
2017                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
2018                                              v_init(k) * dzw(k)               &       
2019                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2020                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
2021                                            )
2022                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
2023                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2024                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
2025                                            )
[767]2026                ENDDO
2027             ENDDO
2028          ENDIF
2029
2030#if defined( __parallel )
2031          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
2032                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2033          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
2034                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2035
2036#else
2037          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
2038          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
2039#endif 
2040
2041       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
2042
[1340]2043          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
2044          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[767]2045
2046          IF ( nxr == nx )  THEN
2047             DO  j = nys, nyn
[2232]2048                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]2049                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
[2232]2050                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)          &
2051                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2052                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
2053                                            )
2054                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
2055                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2056                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
2057                                            )
[667]2058                ENDDO
2059             ENDDO
2060          ENDIF
2061         
2062          IF ( nyn == ny )  THEN
2063             DO  i = nxl, nxr
[2232]2064                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]2065                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
[2232]2066                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)          &       
2067                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2068                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2069                                            )
2070                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
2071                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2072                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2073                                            )
[667]2074                ENDDO
2075             ENDDO
2076          ENDIF
2077
[732]2078#if defined( __parallel )
2079          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
2080                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2081          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
2082                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2083
2084#else
2085          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
2086          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
2087#endif 
2088
[667]2089       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
2090
[1340]2091          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
2092          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
[732]2093
[667]2094          IF ( nxr == nx )  THEN
2095             DO  j = nys, nyn
[2232]2096                DO  k = nzb+1, nzt
2097                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
2098                                              u(k,j,nx) * dzw(k)               &
2099                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2100                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
2101                                            )
2102                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
2103                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2104                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
2105                                            )
[667]2106                ENDDO
2107             ENDDO
2108          ENDIF
2109         
2110          IF ( nyn == ny )  THEN
2111             DO  i = nxl, nxr
[2232]2112                DO  k = nzb+1, nzt
[1788]2113                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
[2232]2114                                              v(k,ny,i) * dzw(k)               &       
2115                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2116                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2117                                            )
2118                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
2119                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2120                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2121                                            )
[667]2122                ENDDO
2123             ENDDO
2124          ENDIF
2125
2126#if defined( __parallel )
[732]2127          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
2128                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2129          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
2130                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[667]2131
2132#else
[732]2133          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
2134          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
[667]2135#endif 
2136
[732]2137       ENDIF
2138
[151]2139!
[709]2140!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
2141!--    from u|v_bulk instead
[680]2142       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
2143          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
2144          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
2145       ENDIF
[667]2146
[680]2147    ENDIF
[2232]2148!
[2618]2149!-- Finally, if random_heatflux is set, disturb shf at horizontal
2150!-- surfaces. Actually, this should be done in surface_mod, where all other
2151!-- initializations of surface quantities are done. However, this
2152!-- would create a ring dependency, hence, it is done here. Maybe delete
2153!-- disturb_heatflux and tranfer the respective code directly into the
2154!-- initialization in surface_mod.         
[2232]2155    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
2156         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
[2618]2157 
[2232]2158       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux  .AND.                &
2159            random_heatflux )  THEN
2160          IF ( surf_def_h(0)%ns >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_def_h(0) )
2161          IF ( surf_lsm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_lsm_h    )
2162          IF ( surf_usm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_usm_h    )
2163       ENDIF
2164    ENDIF
[680]2165
[787]2166!
[2696]2167!-- Before initializing further modules, compute total sum of active mask
2168!-- grid points and the mean surface level height for each statistic region.
2169!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
2170!--          total domain
2171!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
2172    ngp_2dh_outer_l   = 0
2173    ngp_2dh_outer     = 0
2174    ngp_2dh_s_inner_l = 0
2175    ngp_2dh_s_inner   = 0
2176    ngp_2dh_l         = 0
2177    ngp_2dh           = 0
2178    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
2179    ngp_3d_inner      = 0
2180    ngp_3d            = 0
2181    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
2182
2183    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
2184    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
2185!
2186!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
2187!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
2188!-- would bias the statistics
2189    rmask = 1.0_wp
2190    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
2191    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
2192!
[2867]2193!-- User-defined initializing actions
2194    CALL user_init
2195!
[2696]2196!-- To do: New concept for these non-topography grid points!
2197    DO  sr = 0, statistic_regions
2198       DO  i = nxl, nxr
2199          DO  j = nys, nyn
2200             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
2201!
2202!--             All xy-grid points
2203                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
2204!
2205!--             Determine mean surface-level height. In case of downward-
2206!--             facing walls are present, more than one surface level exist.
2207!--             In this case, use the lowest surface-level height.
2208                IF ( surf_def_h(0)%start_index(j,i) <=                         &
2209                     surf_def_h(0)%end_index(j,i) )  THEN
2210                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
2211                   k = surf_def_h(0)%k(m)
2212                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2213                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2214                ENDIF
2215                IF ( surf_lsm_h%start_index(j,i) <=                            &
2216                     surf_lsm_h%end_index(j,i) )  THEN
2217                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
2218                   k = surf_lsm_h%k(m)
2219                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2220                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2221                ENDIF
2222                IF ( surf_usm_h%start_index(j,i) <=                            &
2223                     surf_usm_h%end_index(j,i) )  THEN
2224                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
2225                   k = surf_usm_h%k(m)
2226                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2227                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2228                ENDIF
2229
2230                k_surf = k - 1
2231
2232                DO  k = nzb, nzt+1
2233!
2234!--                xy-grid points above topography
2235                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr)     +         &
2236                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 24 ) )
2237
2238                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) +         &
2239                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 22 ) )
2240
2241                ENDDO
2242!
2243!--             All grid points of the total domain above topography
2244                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + ( nz - k_surf + 2 )
2245
2246
2247
2248             ENDIF
2249          ENDDO
2250       ENDDO
2251    ENDDO
[2864]2252!
2253!-- Initialize arrays encompassing number of grid-points in inner and outer
2254!-- domains, statistic regions, etc. Mainly used for horizontal averaging
2255!-- of turbulence statistics. Please note, user_init must be called before
2256!-- doing this.   
[2696]2257    sr = statistic_regions + 1
2258#if defined( __parallel )
2259    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2260    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
2261                        comm2d, ierr )
2262    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2263    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
2264                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2265    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2266    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
2267                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2268    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2269    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
2270                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2271    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2272    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2273    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
2274                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
2275                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2276    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
2277#else
2278    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
2279    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
2280    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
2281    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2282    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
2283#endif
2284
2285    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
2286             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2287
2288!
2289!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
2290!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
2291!-- the respective subdomain lie below the surface topography
2292    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
2293    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
2294                           ngp_3d_inner(:) )
2295    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
2296
2297    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
2298                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
2299
2300!
[3051]2301!-- Initialize nudging if required
2302    IF ( nudging )  CALL nudge_init
2303
2304!
2305!-- Initialize 1D/3D offline-nesting with COSMO model and read data from
2306!-- external file.
2307    IF ( large_scale_forcing  .OR.  forcing )  CALL lsf_init
2308   
2309!
[2232]2310!-- Initialize surface forcing corresponding to large-scale forcing. Therein,
2311!-- initialize heat-fluxes, etc. via datatype. Revise it later!
2312    IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
2313       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux )  THEN
2314          CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
2315       ENDIF
2316    ENDIF
2317!
[787]2318!-- Initialize quantities for special advections schemes
2319    CALL init_advec
[680]2320
[667]2321!
[680]2322!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
2323!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
[1788]2324    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
2325         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
[680]2326         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
2327
[1402]2328       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
[2232]2329       CALL disturb_field( 'u', tend, u )
2330       CALL disturb_field( 'v', tend, v )
[1402]2331       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]2332
[1402]2333       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
[680]2334       n_sor = nsor_ini
2335       CALL pres
2336       n_sor = nsor
[1402]2337       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[1384]2338
[680]2339    ENDIF
2340
2341!
[1484]2342!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
[2007]2343    IF ( plant_canopy )  THEN
2344       CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )   
2345       CALL pcm_init
2346       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2347    ENDIF
[138]2348
2349!
[1]2350!-- If required, initialize dvrp-software
[1340]2351    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
[1]2352
[96]2353    IF ( ocean )  THEN
[1]2354!
[96]2355!--    Initialize quantities needed for the ocean model
2356       CALL init_ocean
[388]2357
[96]2358    ELSE
2359!
2360!--    Initialize quantities for handling cloud physics
[849]2361!--    This routine must be called before lpm_init, because
[96]2362!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
[849]2363!--    lpm_init) is not defined.
[96]2364       CALL init_cloud_physics
[1849]2365!
2366!--    Initialize bulk cloud microphysics
2367       CALL microphysics_init
[96]2368    ENDIF
[1]2369
2370!
2371!-- If required, initialize particles
[849]2372    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
[1]2373
[1585]2374!
[3159]2375!-- If required, initialize particles
2376    IF ( agents_active )  CALL mas_init
2377
2378!
[1585]2379!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
2380    IF ( land_surface )  THEN
2381       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
[1817]2382       CALL lsm_init
[1585]2383       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2384    ENDIF
[1496]2385
[1]2386!
[2696]2387!-- If required, allocate USM and LSM surfaces
2388    IF ( urban_surface )  THEN
2389       CALL location_message( 'initializing and allocating urban surfaces', .FALSE. )
2390       CALL usm_allocate_surface
2391       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2392    ENDIF
2393!
2394!-- If required, initialize urban surface model
2395    IF ( urban_surface )  THEN
2396       CALL location_message( 'initializing urban surface model', .FALSE. )
2397       CALL usm_init_urban_surface
2398       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2399    ENDIF
2400
2401!
[1691]2402!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
2403!-- for initialization
2404    IF ( constant_flux_layer )  THEN
2405       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
2406       CALL init_surface_layer_fluxes
2407       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2408    ENDIF
2409
2410!
[2696]2411!-- If required, set chemical emissions
2412!-- (todo(FK): This should later on be CALLed time-dependently in init_3d_model)
[2977]2413    IF ( air_chemistry )  THEN
[2696]2414       CALL chem_emissions
2415    ENDIF
2416
2417!
2418!-- Initialize radiation processes
[1496]2419    IF ( radiation )  THEN
[2696]2420!
[2977]2421!--    Activate radiation_interactions according to the existence of vertical surfaces and/or trees.
2422!--    The namelist parameter radiation_interactions_on can override this behavior.
2423!--    (This check cannot be performed in check_parameters, because vertical_surfaces_exist is first set in
2424!--    init_surface_arrays.)
2425       IF ( radiation_interactions_on )  THEN
2426          IF ( vertical_surfaces_exist  .OR.  plant_canopy )  THEN
2427             radiation_interactions    = .TRUE.
2428             average_radiation         = .TRUE.
2429          ELSE
2430             radiation_interactions_on = .FALSE.   !< reset namelist parameter: no interactions
2431                                                   !< calculations necessary in case of flat surface
2432          ENDIF
2433       ELSEIF ( vertical_surfaces_exist  .OR.  plant_canopy )  THEN
2434          message_string = 'radiation_interactions_on is set to .FALSE. although '     // &
2435                           'vertical surfaces and/or trees exist. The model will run ' // &
2436                           'without RTM (no shadows, no radiation reflections)'
2437          CALL message( 'init_3d_model', 'PA0348', 0, 1, 0, 6, 0 )
2438       ENDIF
2439!
[2696]2440!--    If required, initialize radiation interactions between surfaces
[2920]2441!--    via sky-view factors. This must be done before radiation is initialized.
[2696]2442       IF ( radiation_interactions )  CALL radiation_interaction_init
2443
2444!
2445!--    Initialize radiation model
[1585]2446       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
[1826]2447       CALL radiation_init
[1585]2448       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
[2696]2449
2450!
[2920]2451!--    Find all discretized apparent solar positions for radiation interaction.
2452!--    This must be done after radiation_init.
2453       IF ( radiation_interactions )  CALL radiation_presimulate_solar_pos
2454
2455!
[2696]2456!--    If required, read or calculate and write out the SVF
[2906]2457       IF ( radiation_interactions .AND. read_svf)  THEN
[2696]2458!
2459!--       Read sky-view factors and further required data from file
2460          CALL location_message( '    Start reading SVF from file', .FALSE. )
2461          CALL radiation_read_svf()
2462          CALL location_message( '    Reading SVF from file has finished', .TRUE. )
2463
[2906]2464       ELSEIF ( radiation_interactions .AND. .NOT. read_svf)  THEN
[2696]2465!
2466!--       calculate SFV and CSF
2467          CALL location_message( '    Start calculation of SVF', .FALSE. )
2468          CALL radiation_calc_svf()
2469          CALL location_message( '    Calculation of SVF has finished', .TRUE. )
2470       ENDIF
2471
[2906]2472       IF ( radiation_interactions .AND. write_svf)  THEN
[2696]2473!
2474!--       Write svf, csf svfsurf and csfsurf data to file
[2906]2475          CALL location_message( '    Start writing SVF in file', .FALSE. )
[2696]2476          CALL radiation_write_svf()
[2906]2477          CALL location_message( '    Writing SVF in file has finished', .TRUE. )
[2696]2478       ENDIF
2479
2480!
2481!--    Adjust radiative fluxes. In case of urban and land surfaces, also
2482!--    call an initial interaction.
2483       IF ( radiation_interactions )  THEN
2484          CALL radiation_interaction
2485       ENDIF
[1496]2486    ENDIF
[2995]2487
[1914]2488!
[2270]2489!-- Temporary solution to add LSM and radiation time series to the default
2490!-- output
2491    IF ( land_surface  .OR.  radiation )  THEN
2492       IF ( TRIM( radiation_scheme ) == 'rrtmg' )  THEN
2493          dots_num = dots_num + 15
2494       ELSE
2495          dots_num = dots_num + 11
2496       ENDIF
2497    ENDIF
2498   
[2007]2499
[2696]2500
[2007]2501!
[1914]2502!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
2503    IF ( wind_turbine )  THEN
2504       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
2505       CALL wtm_init
2506       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2507    ENDIF
[1496]2508
[2817]2509!
2510!-- If required, initialize quantities needed for the gust module
2511    IF ( gust_module_enabled )  THEN
2512       CALL gust_init( dots_label, dots_unit, dots_num, dots_max )
2513    ENDIF
[1914]2514
[1496]2515!
[673]2516!-- Initialize the ws-scheme.   
2517    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
[1]2518
2519!
[709]2520!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
[1762]2521!-- and turbulent quantities from the RK substeps
[709]2522    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
2523
[1322]2524       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
2525       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
2526       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
[709]2527
[1322]2528       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
2529       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
2530       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
[709]2531
2532    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
2533
[1322]2534       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
2535       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
[673]2536         
[1322]2537       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
2538       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
[709]2539
[1001]2540    ELSE                                     ! for Euler-method
[709]2541
[1340]2542       weight_substep(1) = 1.0_wp     
2543       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
[709]2544
[673]2545    ENDIF
2546
2547!
[1]2548!-- Initialize Rayleigh damping factors
[1340]2549    rdf    = 0.0_wp
2550    rdf_sc = 0.0_wp
2551    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
[1788]2552       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
[108]2553          DO  k = nzb+1, nzt
2554             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
[1788]2555                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
[1340]2556                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
[1788]2557                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
[1]2558                      )**2
[108]2559             ENDIF
2560          ENDDO
2561       ELSE
2562          DO  k = nzt, nzb+1, -1
2563             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
[1788]2564                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
[1340]2565                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
[1788]2566                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
[108]2567                      )**2
2568             ENDIF
2569          ENDDO
2570       ENDIF
[1]2571    ENDIF
[785]2572    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
[1]2573
2574!
[240]2575!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
2576!-- the external pressure gradient
[1340]2577    dp_smooth_factor = 1.0_wp
[240]2578    IF ( dp_external )  THEN
2579!
2580!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
2581!--    (e.g. in init_grid).
2582       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
2583          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
2584          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
2585                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
2586       ENDIF
2587       IF ( dp_smooth )  THEN
[1340]2588          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
[240]2589          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
[1340]2590             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
2591                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
2592                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
[240]2593          ENDDO
2594       ENDIF
2595    ENDIF
2596
2597!
[978]2598!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
2599!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
2600!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
[1340]2601    ptdf_x = 0.0_wp
2602    ptdf_y = 0.0_wp
[1159]2603    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
[996]2604       DO  i = nxl, nxr
[978]2605          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
[1340]2606             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
2607                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
[1788]2608                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
[73]2609          ENDIF
2610       ENDDO
[1159]2611    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
[996]2612       DO  i = nxl, nxr
[978]2613          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]2614             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]2615                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2616                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
2617                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[73]2618          ENDIF
[978]2619       ENDDO 
[1159]2620    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
[996]2621       DO  j = nys, nyn
[978]2622          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
[1322]2623             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]2624                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2625                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
2626                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]2627          ENDIF
[978]2628       ENDDO 
[1159]2629    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
[996]2630       DO  j = nys, nyn
[978]2631          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
[1322]2632             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
[1340]2633                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2634                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
2635                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
[1]2636          ENDIF
[73]2637       ENDDO
[1]2638    ENDIF
2639!
[2864]2640!-- Check if maximum number of allowed timeseries is exceeded
[51]2641    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
[1788]2642       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
2643                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
[3046]2644                                  '&Please increase dots_max in modules.f90.'
[254]2645       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
[51]2646    ENDIF
2647
[1]2648!
2649!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
2650!-- after call of user_init!
2651    CALL close_file( 13 )
[2934]2652!
2653!-- In case of nesting, put an barrier to assure that all parent and child
2654!-- domains finished initialization.
2655#if defined( __parallel )
2656    IF ( nested_run )  CALL MPI_BARRIER( MPI_COMM_WORLD, ierr )
2657#endif
[1]2658
[2934]2659
[1402]2660    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
[1]2661
2662 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.