source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1172

Last change on this file since 1172 was 1172, checked in by raasch, 11 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 64.3 KB
Line 
1#if defined( __ibmy_special )
2@PROCESS NOOPTimize
3#endif
4 SUBROUTINE init_3d_model
5
6!--------------------------------------------------------------------------------!
7! This file is part of PALM.
8!
9! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
10! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
11! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
12!
13! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
14! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
15! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
16!
17! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
18! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19!
20! Copyright 1997-2012  Leibniz University Hannover
21!--------------------------------------------------------------------------------!
22!
23! Current revisions:
24! ------------------
25!
26!
27! Former revisions:
28! -----------------
29! $Id: init_3d_model.f90 1172 2013-05-30 11:46:00Z raasch $
30!
31! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
32! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
33!
34! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
35! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
36!
37! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
38! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
39! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
40!
41! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
42! unused variables removed
43!
44! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
45! openACC directive modified
46!
47! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
48! openACC directives added for pres
49! array diss allocated only if required
50!
51! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
52! unused variables removed
53!
54! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
55! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
56!
57! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
58! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
59! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
60! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
61! +tend_*, prr
62!
63! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
64! code put under GPL (PALM 3.9)
65!
66! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
67! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
68!
69! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
70! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
71!
72! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
73! mask is set to zero for ghost boundaries
74!
75! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
76! cpp switch __nopointer added for pointer free version
77!
78! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
79! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
80!
81! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
82! all actions concerning leapfrog scheme removed
83!
84! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
85! little reformatting
86!
87! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
88! outflow damping layer removed
89! roughness length for scalar quantites z0h added
90! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
91! boundaries added
92! initialization of ptdf_x, ptdf_y
93! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
94!
95! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
96! init_particles renamed lpm_init
97!
98! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
99! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
100!
101! 790 2011-11-29 03:11:20Z raasch
102! diss is also allocated in case that the Wang kernel is used
103!
104! 787 2011-11-28 12:49:05Z heinze $
105! bugfix: call init_advec in every case - not only for inital runs
106!
107! 785 2011-11-28 09:47:19Z raasch
108! initialization of rdf_sc
109!
110! 767 2011-10-14 06:39:12Z raasch
111! adjustments concerning implementation of prescribed u,v-profiles
112! bugfix: dirichlet_0 conditions for ug/vg moved to check_parameters
113!
114! 759 2011-09-15 13:58:31Z raasch
115! Splitting of parallel I/O in blocks of PEs
116! Bugfix: No zero assignments to volume_flow_initial and volume_flow_area in
117! case of normal restart runs.
118!
119! 713 2011-03-30 14:21:21Z suehring
120! weight_substep and weight_pres are given as fractions.
121!
122! 709 2011-03-30 09:31:40Z raasch
123! formatting adjustments
124!
125! 707 2011-03-29 11:39:40Z raasch
126! p_sub renamed p_loc and allocated depending on the chosen pressure solver,
127! initial assignments of zero to array p for iterative solvers only,
128! bc_lr/ns replaced by bc_lr/ns_dirrad/raddir
129!
130! 680 2011-02-04 23:16:06Z gryschka
131! bugfix: volume_flow_control
132!
133! 673 2011-01-18 16:19:48Z suehring
134! weight_substep (moved from advec_ws) and weight_pres added.
135! Allocate p_sub when using Multigrid or SOR solver.
136! Call of ws_init moved behind the if requests.
137!
138! 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring/gryschka
139! nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng in loops and
140! allocation of arrays. Calls of exchange_horiz are modified.
141! Call ws_init to initialize arrays needed for calculating statisticas and for
142! optimization when ws-scheme is used.
143! Initial volume flow is now calculated by using the variable hom_sum.
144! Therefore the correction of initial volume flow for non-flat topography
145! removed (removed u_nzb_p1_for_vfc and v_nzb_p1_for_vfc)
146! Changed surface boundary conditions for u and v in case of ibc_uv_b == 0 from
147! mirror to Dirichlet boundary conditions (u=v=0), so that k=nzb is
148! representative for the height z0.
149! Bugfix: type conversion of '1' to 64bit for the MAX function (ngp_3d_inner)
150!
151! 622 2010-12-10 08:08:13Z raasch
152! optional barriers included in order to speed up collective operations
153!
154! 560 2010-09-09 10:06:09Z weinreis
155! bugfix: correction of calculating ngp_3d for 64 bit
156!
157! 485 2010-02-05 10:57:51Z raasch
158! calculation of ngp_3d + ngp_3d_inner changed because they have now 64 bit
159!
160! 407 2009-12-01 15:01:15Z maronga
161! var_ts is replaced by dots_max
162! Enabled passive scalar/humidity wall fluxes for non-flat topography
163!
164! 388 2009-09-23 09:40:33Z raasch
165! Initialization of prho added.
166! bugfix: correction of initial volume flow for non-flat topography
167! bugfix: zero initialization of arrays within buildings for 'cyclic_fill'
168! bugfix: avoid that ngp_2dh_s_inner becomes zero
169! initializing_actions='read_data_for_recycling' renamed to 'cyclic_fill', now
170! independent of turbulent_inflow
171! Output of messages replaced by message handling routine.
172! Set the starting level and the vertical smoothing factor used for
173! the external pressure gradient
174! +conserve_volume_flow_mode: 'default', 'initial_profiles', 'inflow_profile'
175! and 'bulk_velocity'
176! If the inversion height calculated by the prerun is zero,
177! inflow_damping_height must be explicitly specified.
178!
179! 181 2008-07-30 07:07:47Z raasch
180! bugfix: zero assignments to tendency arrays in case of restarts,
181! further extensions and modifications in the initialisation of the plant
182! canopy model,
183! allocation of hom_sum moved to parin, initialization of spectrum_x|y directly
184! after allocating theses arrays,
185! read data for recycling added as new initialization option,
186! dummy allocation for diss
187!
188! 138 2007-11-28 10:03:58Z letzel
189! New counter ngp_2dh_s_inner.
190! Allow new case bc_uv_t = 'dirichlet_0' for channel flow.
191! Corrected calculation of initial volume flow for 'set_1d-model_profiles' and
192! 'set_constant_profiles' in case of buildings in the reference cross-sections.
193!
194! 108 2007-08-24 15:10:38Z letzel
195! Flux initialization in case of coupled runs, +momentum fluxes at top boundary,
196! +arrays for phase speed c_u, c_v, c_w, indices for u|v|w_m_l|r changed
197! +qswst_remote in case of atmosphere model with humidity coupled to ocean
198! Rayleigh damping for ocean, optionally calculate km and kh from initial
199! TKE e_init
200!
201! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
202! Initialization of salinity, call of init_ocean
203!
204! 87 2007-05-22 15:46:47Z raasch
205! var_hom and var_sum renamed pr_palm
206!
207! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
208! Arrays for radiation boundary conditions are allocated (u_m_l, u_m_r, etc.),
209! bugfix for cases with the outflow damping layer extending over more than one
210! subdomain, moisture renamed humidity,
211! new initializing action "by_user" calls user_init_3d_model,
212! precipitation_amount/rate, ts_value are allocated, +module netcdf_control,
213! initial velocities at nzb+1 are regarded for volume
214! flow control in case they have been set zero before (to avoid small timesteps)
215! -uvmean_outflow, uxrp, vynp eliminated
216!
217! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
218! +handling of top fluxes
219!
220! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
221!
222! Revision 1.49  2006/08/22 15:59:07  raasch
223! No optimization of this file on the ibmy (Yonsei Univ.)
224!
225! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
226! Initial revision
227!
228!
229! Description:
230! ------------
231! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
232! a) pre-run the 1D model
233! or
234! b) pre-set constant linear profiles
235! or
236! c) read values of a previous run
237!------------------------------------------------------------------------------!
238
239    USE advec_ws
240    USE arrays_3d
241    USE averaging
242    USE cloud_parameters
243    USE constants
244    USE control_parameters
245    USE cpulog
246    USE grid_variables
247    USE indices
248    USE interfaces
249    USE model_1d
250    USE netcdf_control
251    USE particle_attributes
252    USE pegrid
253    USE profil_parameter
254    USE random_function_mod
255    USE statistics
256    USE transpose_indices
257
258    IMPLICIT NONE
259
260    INTEGER ::  i, ind_array(1), j, k, sr
261
262    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_l
263
264    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l,  &
265                                             ngp_2dh_s_inner_l
266
267    REAL, DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l, volume_flow_initial_l
268
269    REAL, DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp
270
271
272!
273!-- Allocate arrays
274    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
275              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
276              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
277              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
278              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                        &
279              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
280              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
281    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
282    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
283              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
284              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
285              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
286              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),               &
287              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
288              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
289              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
290              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
291              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
292              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
293    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
294
295    ALLOCATE( rif(nysg:nyng,nxlg:nxrg), shf(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
296              ts(nysg:nyng,nxlg:nxrg), tswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
297              us(nysg:nyng,nxlg:nxrg), usws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
298              uswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), vsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
299              vswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
300              z0h(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
301
302    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),         &
303              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
304              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
305              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
306              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
307
308#if defined( __nopointer )
309    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
310              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
311              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
312              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
313              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
314              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
315              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
316              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
317              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
318              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
319              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
320              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
321              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
322              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
323              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
324#else
325    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
326              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
327              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
328              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
329              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
330              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
331              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
332              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
333              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
334              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
335              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
336              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
337              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
338              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
339    IF ( .NOT. neutral )  THEN
340       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
341    ENDIF
342#endif
343
344!
345!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
346!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
347!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
348!-- solver.
349    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
350       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
351    ELSEIF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
352!
353!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
354       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
355    ENDIF
356
357!
358!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
359    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
360       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
361    ENDIF
362
363    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
364!
365!--    2D-humidity/scalar arrays
366       ALLOCATE ( qs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
367                  qsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
368                  qswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
369
370!
371!--    3D-humidity/scalar arrays
372#if defined( __nopointer )
373       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
374                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
375                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
376#else
377       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
378                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
379                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
380#endif
381
382!
383!--    3D-arrays needed for humidity only
384       IF ( humidity )  THEN
385#if defined( __nopointer )
386          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
387#else
388          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
389#endif
390
391          IF ( cloud_physics ) THEN
392
393!
394!--          Liquid water content
395#if defined( __nopointer )
396             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
397#else
398             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
399#endif
400!
401!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
402             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
403                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
404
405             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
406!
407!--             1D-arrays
408                ALLOCATE ( nc_1d(nzb:nzt+1), pt_1d(nzb:nzt+1), &
409                           q_1d(nzb:nzt+1), qc_1d(nzb:nzt+1) ) 
410!
411!--             3D-cloud water content
412#if defined( __nopointer )
413                ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
414#else
415                ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
416#endif
417!
418!--             3D-tendency arrays
419                ALLOCATE( tend_pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
420                          tend_q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
421
422                IF ( precipitation )  THEN
423!
424!--                1D-arrays
425                   ALLOCATE ( nr_1d(nzb:nzt+1), qr_1d(nzb:nzt+1) ) 
426!
427!
428!--                3D-tendency arrays
429                   ALLOCATE( tend_nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
430                             tend_qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
431!
432!--                2D-rain water content and rain drop concentration arrays
433                   ALLOCATE ( qrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
434                              qrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
435                              qrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
436                              nrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
437                              nrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
438                              nrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
439!
440!--                3D-rain water content, rain drop concentration arrays
441#if defined( __nopointer )
442                   ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
443                             nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
444                             qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
445                             qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
446                             tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),      &
447                             tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
448#else
449                   ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
450                             nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
451                             nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
452                             qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
453                             qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
454                             qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
455#endif
456!
457!--                3d-precipitation rate
458                   ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
459                ENDIF
460
461             ENDIF
462          ENDIF
463
464          IF ( cloud_droplets )  THEN
465!
466!--          Liquid water content, change in liquid water content
467#if defined( __nopointer )
468             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
469                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
470#else
471             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
472                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
473#endif
474!
475!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
476             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
477                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
478          ENDIF
479
480       ENDIF
481
482    ENDIF
483
484    IF ( ocean )  THEN
485       ALLOCATE( saswsb(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
486                 saswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
487#if defined( __nopointer )
488       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
489                 rho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
490                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
491                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
492                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
493#else
494       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
495                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
496                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
497                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
498                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
499       prho => prho_1
500       rho  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
501                      ! density to be apointer
502#endif
503       IF ( humidity_remote )  THEN
504          ALLOCATE( qswst_remote(nysg:nyng,nxlg:nxrg))
505          qswst_remote = 0.0
506       ENDIF
507    ENDIF
508
509!
510!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
511!-- particle velocities
512    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  &
513         num_acc_per_node > 0 )  THEN
514       print*, '*** allocating diss'
515       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
516    ENDIF
517
518    IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
519       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
520                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
521       spectrum_x = 0.0
522       spectrum_y = 0.0
523    ENDIF
524
525!
526!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
527    IF ( plant_canopy ) THEN
528       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
529                  lad_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
530                  lad_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
531                  lad_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
532                  cdc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
533
534       IF ( passive_scalar ) THEN
535          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
536                     sec(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ) 
537       ENDIF
538
539       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
540          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
541                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
542       ENDIF
543
544    ENDIF
545
546!
547!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
548    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
549       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg,1:4) )
550       rif_wall = 0.0
551    ENDIF
552
553!
554!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
555!-- are needed for radiation boundary conditions
556    IF ( outflow_l )  THEN
557       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2), &
558                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1), &
559                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
560    ENDIF
561    IF ( outflow_r )  THEN
562       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
563                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
564                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
565    ENDIF
566    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
567       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng), &
568                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
569    ENDIF
570    IF ( outflow_s )  THEN
571       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg), &
572                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg), &
573                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
574    ENDIF
575    IF ( outflow_n )  THEN
576       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
577                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
578                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
579    ENDIF
580    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
581       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), &
582                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
583    ENDIF
584    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
585       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
586       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
587    ENDIF
588
589
590#if ! defined( __nopointer )
591!
592!-- Initial assignment of the pointers
593    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
594    IF ( .NOT. neutral )  THEN
595       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
596    ELSE
597       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
598    ENDIF
599    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
600    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
601    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
602
603    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
604       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
605       IF ( humidity )  THEN
606          vpt  => vpt_1   
607          IF ( cloud_physics )  THEN
608             ql => ql_1
609             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
610                qc => qc_1
611                IF ( precipitation )  THEN
612                   qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
613                   nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
614                ENDIF
615             ENDIF
616          ENDIF
617       ENDIF
618       IF ( cloud_droplets )  THEN
619          ql   => ql_1
620          ql_c => ql_2
621       ENDIF
622    ENDIF
623
624    IF ( ocean )  THEN
625       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
626    ENDIF
627#endif
628
629!
630!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
631!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
632!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
633!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
634!-- will be set.
635    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max), &
636              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
637    weight_substep = 1.0
638    weight_pres    = 1.0
639    intermediate_timestep_count = 1  ! needed when simulated_time = 0.0
640       
641!
642!-- Initialize model variables
643    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
644         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
645!
646!--    First model run of a possible job queue.
647!--    Initial profiles of the variables must be computes.
648       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
649!
650!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
651!--       start 1D model
652          CALL init_1d_model
653!
654!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
655          DO  i = nxlg, nxrg
656             DO  j = nysg, nyng
657                e(:,j,i)  = e1d
658                kh(:,j,i) = kh1d
659                km(:,j,i) = km1d
660                pt(:,j,i) = pt_init
661                u(:,j,i)  = u1d
662                v(:,j,i)  = v1d
663             ENDDO
664          ENDDO
665
666          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
667             DO  i = nxlg, nxrg
668                DO  j = nysg, nyng
669                   q(:,j,i) = q_init
670                ENDDO
671             ENDDO
672             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
673                  precipitation )  THEN
674                DO  i = nxlg, nxrg
675                   DO  j = nysg, nyng
676                      qr(:,j,i) = 0.0
677                      nr(:,j,i) = 0.0
678                   ENDDO
679                ENDDO
680!
681!--             Initialze nc_1d with default value
682                nc_1d(:) = nc_const
683
684             ENDIF
685          ENDIF
686
687          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
688             DO  i = nxlg, nxrg
689                DO  j = nysg, nyng
690                   e(:,j,i)  = e1d
691                ENDDO
692             ENDDO
693!
694!--          Store initial profiles for output purposes etc.
695             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
696
697             IF ( prandtl_layer )  THEN
698                rif  = rif1d(nzb+1)
699                ts   = 0.0  ! could actually be computed more accurately in the
700                            ! 1D model. Update when opportunity arises.
701                us   = us1d
702                usws = usws1d
703                vsws = vsws1d
704             ELSE
705                ts   = 0.0  ! must be set, because used in
706                rif  = 0.0  ! flowste
707                us   = 0.0
708                usws = 0.0
709                vsws = 0.0
710             ENDIF
711
712          ELSE
713             e    = 0.0  ! must be set, because used in
714             rif  = 0.0  ! flowste
715             ts   = 0.0
716             us   = 0.0
717             usws = 0.0
718             vsws = 0.0
719          ENDIF
720          uswst = top_momentumflux_u
721          vswst = top_momentumflux_v
722
723!
724!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
725!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
726!--       Update when opportunity arises!
727          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
728             qs = 0.0
729             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
730                  precipitation )  THEN
731                qrs = 0.0
732                nrs = 0.0
733             ENDIF
734          ENDIF
735
736!
737!--       inside buildings set velocities back to zero
738          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
739             DO  i = nxl-1, nxr+1
740                DO  j = nys-1, nyn+1
741                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0
742                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0
743                ENDDO
744             ENDDO
745             
746!
747!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
748!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
749!--                   below the topography; need to correct later
750!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
751!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
752!--                     the topography.
753             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
754!
755!--             Neumann condition
756                DO  i = nxl-1, nxr+1
757                   DO  j = nys-1, nyn+1
758                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
759                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
760                   ENDDO
761                ENDDO
762
763             ENDIF
764
765          ENDIF
766
767       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
768       THEN
769!
770!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
771!--       temperature profile with constant gradient)
772          DO  i = nxlg, nxrg
773             DO  j = nysg, nyng
774                pt(:,j,i) = pt_init
775                u(:,j,i)  = u_init
776                v(:,j,i)  = v_init
777             ENDDO
778          ENDDO
779
780!
781!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
782!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
783!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
784!--       in the limiting formula!). The original values are stored to be later
785!--       used for volume flow control.
786          DO  i = nxlg, nxrg
787             DO  j = nysg, nyng
788                u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
789                v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
790             ENDDO
791          ENDDO
792
793          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
794             DO  i = nxlg, nxrg
795                DO  j = nysg, nyng
796                   q(:,j,i) = q_init
797                ENDDO
798             ENDDO
799             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0 )  THEN
800!
801!--             Initialze nc_1d with default value
802                nc_1d(:) = nc_const
803
804                IF ( precipitation )  THEN
805                   DO  i = nxlg, nxrg
806                      DO  j = nysg, nyng
807                         qr(:,j,i) = 0.0
808                         nr(:,j,i) = 0.0
809                      ENDDO
810                   ENDDO
811                ENDIF
812
813             ENDIF
814          ENDIF
815
816          IF ( ocean )  THEN
817             DO  i = nxlg, nxrg
818                DO  j = nysg, nyng
819                   sa(:,j,i) = sa_init
820                ENDDO
821             ENDDO
822          ENDIF
823         
824          IF ( constant_diffusion )  THEN
825             km   = km_constant
826             kh   = km / prandtl_number
827             e    = 0.0
828          ELSEIF ( e_init > 0.0 )  THEN
829             DO  k = nzb+1, nzt
830                km(k,:,:) = 0.1 * l_grid(k) * SQRT( e_init )
831             ENDDO
832             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
833             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
834             kh   = km / prandtl_number
835             e    = e_init
836          ELSE
837             IF ( .NOT. ocean )  THEN
838                kh   = 0.01   ! there must exist an initial diffusion, because
839                km   = 0.01   ! otherwise no TKE would be produced by the
840                              ! production terms, as long as not yet
841                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
842             ELSE
843                kh   = 0.00001
844                km   = 0.00001
845             ENDIF
846             e    = 0.0
847          ENDIF
848          rif   = 0.0
849          ts    = 0.0
850          us    = 0.0
851          usws  = 0.0
852          uswst = top_momentumflux_u
853          vsws  = 0.0
854          vswst = top_momentumflux_v
855          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0
856
857!
858!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
859!--       of a sloping surface
860          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
861
862       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
863       THEN
864!
865!--       Initialization will completely be done by the user
866          CALL user_init_3d_model
867
868       ENDIF
869!
870!--    Bottom boundary
871       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
872          u(nzb,:,:) = 0.0
873          v(nzb,:,:) = 0.0
874       ENDIF
875
876!
877!--    Apply channel flow boundary condition
878       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
879          u(nzt+1,:,:) = 0.0
880          v(nzt+1,:,:) = 0.0
881       ENDIF
882
883!
884!--    Calculate virtual potential temperature
885       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0 + 0.61 * q )
886
887!
888!--    Store initial profiles for output purposes etc.
889       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
890       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
891       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
892          hom(nzb,1,5,:) = 0.0   
893          hom(nzb,1,6,:) = 0.0 
894       ENDIF
895       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
896       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
897       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
898
899       IF ( ocean )  THEN
900!
901!--       Store initial salinity profile
902          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
903       ENDIF
904
905       IF ( humidity )  THEN
906!
907!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
908!--       temperature
909          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
910          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
911          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
912!
913!--          Store initial profile of specific humidity and potential
914!--          temperature
915             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
916             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
917          ENDIF
918       ENDIF
919
920       IF ( passive_scalar )  THEN
921!
922!--       Store initial scalar profile
923          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
924       ENDIF
925
926!
927!--    Initialize fluxes at bottom surface
928       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
929
930          IF ( constant_heatflux )  THEN
931!
932!--          Heat flux is prescribed
933             IF ( random_heatflux )  THEN
934                CALL disturb_heatflux
935             ELSE
936                shf = surface_heatflux
937!
938!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
939                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
940                   DO  i = nxlg, nxrg
941                      DO  j = nysg, nyng
942                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
943                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
944                         ENDIF
945                      ENDDO
946                   ENDDO
947                ENDIF
948             ENDIF
949          ENDIF
950
951!
952!--       Determine the near-surface water flux
953          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
954             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
955                  precipitation )  THEN
956                qrsws = 0.0
957                nrsws = 0.0
958             ENDIF
959             IF ( constant_waterflux )  THEN
960                qsws   = surface_waterflux
961!
962!--             Over topography surface_waterflux is replaced by
963!--             wall_humidityflux(0)
964                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
965                   wall_qflux = wall_humidityflux
966                   DO  i = nxlg, nxrg
967                      DO  j = nysg, nyng
968                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
969                            qsws(j,i) = wall_qflux(0)
970                         ENDIF
971                      ENDDO
972                   ENDDO
973                ENDIF
974             ENDIF
975          ENDIF
976
977       ENDIF
978
979!
980!--    Initialize fluxes at top surface
981!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
982!--    The latent flux is zero in this case!
983       IF ( use_top_fluxes )  THEN
984
985          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
986!
987!--          Heat flux is prescribed
988             tswst = top_heatflux
989
990             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
991                qswst = 0.0
992                IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
993                     precipitation ) THEN
994                   nrswst = 0.0
995                   qrswst = 0.0
996                ENDIF
997             ENDIF
998
999             IF ( ocean )  THEN
1000                saswsb = bottom_salinityflux
1001                saswst = top_salinityflux
1002             ENDIF
1003          ENDIF
1004
1005!
1006!--       Initialization in case of a coupled model run
1007          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
1008             tswst = 0.0
1009          ENDIF
1010
1011       ENDIF
1012
1013!
1014!--    Initialize Prandtl layer quantities
1015       IF ( prandtl_layer )  THEN
1016
1017          z0 = roughness_length
1018          z0h = z0h_factor * z0
1019
1020          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
1021!
1022!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
1023!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
1024!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
1025!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
1026!--          value in the course of the first few time steps.
1027             shf   = 0.0
1028          ENDIF
1029
1030          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1031             IF ( .NOT. constant_waterflux )  qsws   = 0.0
1032             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1033                  precipitation )  THEN
1034                qrsws = 0.0
1035                nrsws = 0.0
1036             ENDIF
1037          ENDIF
1038
1039       ENDIF
1040
1041
1042!
1043!--    For the moment, vertical velocity is zero
1044       w = 0.0
1045
1046!
1047!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1048       sums = 0.0
1049
1050!
1051!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1052       IF ( psolver == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0
1053
1054!
1055!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1056!--    are zero at beginning of the simulation
1057       IF ( cloud_physics )  THEN
1058          ql = 0.0
1059          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0
1060          IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
1061             qc = 0.0
1062             nc_1d = nc_const
1063          ENDIF
1064       ENDIF
1065!
1066!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1067       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1068          CALL init_rankine
1069       ENDIF
1070
1071!
1072!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1073       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1074          CALL init_pt_anomaly
1075       ENDIF
1076
1077!
1078!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1079       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
1080          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1081       ENDIF
1082
1083!
1084!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1085!--    run
1086       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
1087            q_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
1088          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1089       ENDIF
1090!
1091!--    Initialize the random number generator (from numerical recipes)
1092       CALL random_function_ini
1093
1094!
1095!--    Initialize old and new time levels.
1096       te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
1097       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1098
1099       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1100          tq_m = 0.0
1101          q_p = q
1102          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1103               precipitation )  THEN
1104             tqr_m = 0.0
1105             qr_p = qr
1106             tnr_m = 0.0
1107             nr_p = nr
1108          ENDIF
1109       ENDIF
1110
1111       IF ( ocean )  THEN
1112          tsa_m = 0.0
1113          sa_p  = sa
1114       ENDIF
1115       
1116
1117    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
1118         TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  &
1119    THEN
1120!
1121!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1122!--    some of the global variables from the restart file which are required
1123!--    for initializing the inflow
1124       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1125
1126          DO  i = 0, io_blocks-1
1127             IF ( i == io_group )  THEN
1128                CALL read_parts_of_var_list
1129                CALL close_file( 13 )
1130             ENDIF
1131#if defined( __parallel )
1132             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1133#endif
1134          ENDDO
1135
1136       ENDIF
1137
1138!
1139!--    Read binary data from restart file
1140       DO  i = 0, io_blocks-1
1141          IF ( i == io_group )  THEN
1142             CALL read_3d_binary
1143          ENDIF
1144#if defined( __parallel )
1145          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1146#endif
1147       ENDDO
1148
1149!
1150!--    Initialization of the turbulence recycling method
1151       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.  &
1152            turbulent_inflow )  THEN
1153!
1154!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1155!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1156!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1157!--       for u,v-components can be used.
1158          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
1159
1160          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1161             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1162             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1163          ELSE
1164             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1165             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1166          ENDIF
1167          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1168          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
1169
1170!
1171!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1172!--       profiles
1173          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1174             DO  i = nxlg, nxrg
1175                DO  j = nysg, nyng
1176                   DO  k = nzb, nzt+1
1177                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1178                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1179                   ENDDO
1180                ENDDO
1181             ENDDO
1182          ENDIF
1183
1184!
1185!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1186!--       conditions are used)
1187          IF ( inflow_l )  THEN
1188             DO  j = nysg, nyng
1189                DO  k = nzb, nzt+1
1190                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1191                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1192                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0
1193                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1194                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
1195                ENDDO
1196             ENDDO
1197          ENDIF
1198
1199!
1200!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1201!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1202!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1203!--       in time.
1204          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9 )  THEN
1205!
1206!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1207!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1208!--          specified.
1209             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0 )  THEN
1210                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1211             ELSE
1212                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',&
1213                     'explicitly specified because&the inversion height ', &
1214                     'calculated by the prerun is zero.'
1215                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1216             ENDIF
1217
1218          ENDIF
1219
1220          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9 )  THEN
1221!
1222!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1223!--          layer
1224             inflow_damping_width = 0.1 * inflow_damping_height
1225
1226          ENDIF
1227
1228          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1229
1230          DO  k = nzb, nzt+1
1231
1232             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1233                inflow_damping_factor(k) = 1.0
1234             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1235                inflow_damping_factor(k) = 1.0 -                               &
1236                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1237                                           inflow_damping_width
1238             ELSE
1239                inflow_damping_factor(k) = 0.0
1240             ENDIF
1241
1242          ENDDO
1243
1244       ENDIF
1245
1246!
1247!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
1248       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.  &
1249            topography /= 'flat' )  THEN
1250!
1251!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1252!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1253!--       maybe revise later.
1254          DO  i = nxlg, nxrg
1255             DO  j = nysg, nyng
1256                u  (nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1257                v  (nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1258                w  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1259                e  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1260                tu_m(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1261                tv_m(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1262                tw_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1263                te_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1264                tpt_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0
1265             ENDDO
1266          ENDDO
1267
1268       ENDIF
1269
1270!
1271!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1272!--    of a sloping surface
1273       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1274
1275!
1276!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1277!--    including ghost points)
1278       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1279       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1280          q_p = q
1281          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1282               precipitation )  THEN
1283             qr_p = qr
1284             nr_p = nr
1285          ENDIF
1286       ENDIF
1287       IF ( ocean )  sa_p = sa
1288
1289!
1290!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1291!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1292!--    there before they are set.
1293       te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
1294       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1295          tq_m = 0.0
1296          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1297               precipitation )  THEN
1298             tqr_m = 0.0
1299             tnr_m = 0.0
1300          ENDIF
1301       ENDIF
1302       IF ( ocean )  tsa_m = 0.0
1303
1304    ELSE
1305!
1306!--    Actually this part of the programm should not be reached
1307       message_string = 'unknown initializing problem'
1308       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1309    ENDIF
1310
1311
1312    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1313!
1314!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1315       IF ( outflow_l )  THEN
1316          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1317          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1318          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1319       ENDIF
1320       IF ( outflow_r )  THEN
1321          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1322          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1323          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1324       ENDIF
1325       IF ( outflow_s )  THEN
1326          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1327          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1328          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1329       ENDIF
1330       IF ( outflow_n )  THEN
1331          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1332          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1333          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1334       ENDIF
1335       
1336    ENDIF
1337
1338!
1339!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1340    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1341
1342       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1343
1344          volume_flow_initial_l = 0.0
1345          volume_flow_area_l    = 0.0
1346
1347          IF ( nxr == nx )  THEN
1348             DO  j = nys, nyn
1349                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1350                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1351                                              u_init(k) * dzw(k)
1352                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1353                ENDDO
1354             ENDDO
1355          ENDIF
1356         
1357          IF ( nyn == ny )  THEN
1358             DO  i = nxl, nxr
1359                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1360                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1361                                              v_init(k) * dzw(k)
1362                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1363                ENDDO
1364             ENDDO
1365          ENDIF
1366
1367#if defined( __parallel )
1368          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1369                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1370          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1371                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1372
1373#else
1374          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1375          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1376#endif 
1377
1378       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1379
1380          volume_flow_initial_l = 0.0
1381          volume_flow_area_l    = 0.0
1382
1383          IF ( nxr == nx )  THEN
1384             DO  j = nys, nyn
1385                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1386                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1387                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)
1388                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1389                ENDDO
1390             ENDDO
1391          ENDIF
1392         
1393          IF ( nyn == ny )  THEN
1394             DO  i = nxl, nxr
1395                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1396                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1397                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)
1398                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1399                ENDDO
1400             ENDDO
1401          ENDIF
1402
1403#if defined( __parallel )
1404          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1405                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1406          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1407                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1408
1409#else
1410          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1411          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1412#endif 
1413
1414       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1415
1416          volume_flow_initial_l = 0.0
1417          volume_flow_area_l    = 0.0
1418
1419          IF ( nxr == nx )  THEN
1420             DO  j = nys, nyn
1421                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1422                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1423                                              u(k,j,nx) * dzw(k)
1424                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1425                ENDDO
1426             ENDDO
1427          ENDIF
1428         
1429          IF ( nyn == ny )  THEN
1430             DO  i = nxl, nxr
1431                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1432                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1433                                              v(k,ny,i) * dzw(k)
1434                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1435                ENDDO
1436             ENDDO
1437          ENDIF
1438
1439#if defined( __parallel )
1440          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1441                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1442          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1443                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1444
1445#else
1446          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1447          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1448#endif 
1449
1450       ENDIF
1451
1452!
1453!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1454!--    from u|v_bulk instead
1455       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1456          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1457          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1458       ENDIF
1459
1460    ENDIF
1461
1462!
1463!-- Initialize quantities for special advections schemes
1464    CALL init_advec
1465
1466!
1467!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1468!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
1469    IF ( create_disturbances .AND. &
1470         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
1471         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1472
1473       CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
1474       CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
1475       n_sor = nsor_ini
1476       !$acc data copy( d, ddzu, ddzw, nzb_s_inner, nzb_u_inner, nzb_v_inner, nzb_w_inner, p, tric, u, v, w, weight_pres, weight_substep, tend )
1477       CALL pres
1478       !$acc end data
1479       n_sor = nsor
1480    ENDIF
1481
1482!
1483!-- Initialization of the leaf area density
1484    IF ( plant_canopy )  THEN
1485 
1486       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1487
1488          CASE( 'block' )
1489
1490             DO  i = nxlg, nxrg
1491                DO  j = nysg, nyng
1492                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1493                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
1494                   IF ( passive_scalar )  THEN
1495                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1496                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1497                   ENDIF
1498                ENDDO
1499             ENDDO
1500
1501          CASE DEFAULT
1502
1503!
1504!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1505!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1506!--          user has coded a special case in the user interface.
1507!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1508!--          which of these two conditions applies.
1509             CALL user_init_plant_canopy
1510 
1511          END SELECT
1512
1513       CALL exchange_horiz( lad_s, nbgp )
1514       CALL exchange_horiz( cdc, nbgp )
1515
1516       IF ( passive_scalar )  THEN
1517          CALL exchange_horiz( sls, nbgp )
1518          CALL exchange_horiz( sec, nbgp )
1519       ENDIF
1520
1521!
1522!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1523!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1524!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1525!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1526!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1527
1528       DO  i = nxl, nxr
1529          DO  j = nys, nyn
1530             DO  k = nzb, nzt+1 
1531                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0 )  THEN
1532                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1533                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1534                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1535                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1536                ENDIF
1537             ENDDO
1538             DO  k = nzb, nzt
1539                lad_w(k,j,i) = 0.5 * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
1540             ENDDO
1541          ENDDO
1542       ENDDO
1543
1544       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0
1545       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
1546
1547       CALL exchange_horiz( lad_u, nbgp )
1548       CALL exchange_horiz( lad_v, nbgp )
1549       CALL exchange_horiz( lad_w, nbgp )
1550
1551!
1552!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
1553       IF ( cthf /= 0.0 )  THEN
1554!
1555!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1556!--       integration of the leaf area density
1557          lai(:,:,:) = 0.0
1558          DO  i = nxlg, nxrg
1559             DO  j = nysg, nyng
1560                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1561                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
1562                                ( 0.5 * ( lad_w(k+1,j,i) +       &
1563                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1564                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
1565                                ( 0.5 * ( lad_w(k,j,i)   +       &
1566                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1567                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1568                ENDDO
1569             ENDDO
1570          ENDDO
1571
1572!
1573!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1574!--       canopy
1575          DO  i = nxlg, nxrg
1576             DO  j = nysg, nyng
1577                DO  k = 0, pch_index
1578                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
1579                                             exp( -0.6 * lai(k,j,i) )
1580                ENDDO
1581             ENDDO
1582          ENDDO
1583
1584!
1585!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1586!--       distribution within the canopy
1587          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1588
1589       ENDIF
1590
1591    ENDIF
1592
1593!
1594!-- If required, initialize dvrp-software
1595    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9 )  CALL init_dvrp
1596
1597    IF ( ocean )  THEN
1598!
1599!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1600       CALL init_ocean
1601
1602    ELSE
1603!
1604!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1605!--    This routine must be called before lpm_init, because
1606!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1607!--    lpm_init) is not defined.
1608       CALL init_cloud_physics
1609    ENDIF
1610
1611!
1612!-- If required, initialize particles
1613    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
1614
1615!
1616!-- Initialize the ws-scheme.   
1617    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
1618
1619!
1620!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
1621!-- and turbulent quantities from the RK substeps               
1622    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1623
1624       weight_substep(1) = 1./6.
1625       weight_substep(2) = 3./10.
1626       weight_substep(3) = 8./15.
1627
1628       weight_pres(1)    = 1./3.
1629       weight_pres(2)    = 5./12.
1630       weight_pres(3)    = 1./4.
1631
1632    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1633
1634       weight_substep(1) = 1./2.
1635       weight_substep(2) = 1./2.
1636         
1637       weight_pres(1)    = 1./2.
1638       weight_pres(2)    = 1./2.       
1639
1640    ELSE                                     ! for Euler-method
1641
1642       weight_substep(1) = 1.0     
1643       weight_pres(1)    = 1.0                   
1644
1645    ENDIF
1646
1647!
1648!-- Initialize Rayleigh damping factors
1649    rdf    = 0.0
1650    rdf_sc = 0.0
1651    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0 )  THEN
1652       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1653          DO  k = nzb+1, nzt
1654             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1655                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1656                      ( SIN( pi * 0.5 * ( zu(k) - rayleigh_damping_height )    &
1657                                      / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
1658                      )**2
1659             ENDIF
1660          ENDDO
1661       ELSE
1662          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1663             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1664                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1665                      ( SIN( pi * 0.5 * ( rayleigh_damping_height - zu(k) )    &
1666                                      / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
1667                      )**2
1668             ENDIF
1669          ENDDO
1670       ENDIF
1671    ENDIF
1672    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
1673
1674!
1675!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1676!-- the external pressure gradient
1677    dp_smooth_factor = 1.0
1678    IF ( dp_external )  THEN
1679!
1680!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1681!--    (e.g. in init_grid).
1682       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1683          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1684          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1685                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1686       ENDIF
1687       IF ( dp_smooth )  THEN
1688          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0
1689          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1690             dp_smooth_factor(k) = 0.5 * ( 1.0 + SIN( pi * &
1691                  ( REAL( k - dp_level_ind_b ) /  &
1692                    REAL( nzt - dp_level_ind_b ) - 0.5 ) ) )
1693          ENDDO
1694       ENDIF
1695    ENDIF
1696
1697!
1698!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1699!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1700!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
1701    ptdf_x = 0.0
1702    ptdf_y = 0.0
1703    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
1704       DO  i = nxl, nxr
1705          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
1706             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5 *        &
1707                         REAL( pt_damping_width - i * dx ) / (        &
1708                         REAL( pt_damping_width )            ) ) )**2 
1709          ENDIF
1710       ENDDO
1711    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
1712       DO  i = nxl, nxr
1713          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
1714             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                      &
1715                         SIN( pi * 0.5 * ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) / &
1716                                         REAL( pt_damping_width ) )**2
1717          ENDIF
1718       ENDDO 
1719    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
1720       DO  j = nys, nyn
1721          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
1722             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                      &
1723                         SIN( pi * 0.5 * ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) / &
1724                                         REAL( pt_damping_width ) )**2
1725          ENDIF
1726       ENDDO 
1727    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
1728       DO  j = nys, nyn
1729          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
1730             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                             &
1731                         SIN( pi * 0.5 * ( pt_damping_width - j * dy ) / &
1732                                         REAL( pt_damping_width ) )**2
1733          ENDIF
1734       ENDDO
1735    ENDIF
1736
1737!
1738!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1739!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1740!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1741!-- are never initialized)
1742    sums_divnew_l      = 0.0
1743    sums_divold_l      = 0.0
1744    sums_l_l           = 0.0
1745    sums_up_fraction_l = 0.0
1746    sums_wsts_bc_l     = 0.0
1747
1748!
1749!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1750!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
1751!-- would bias the statistics
1752    rmask = 1.0
1753    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0
1754    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0
1755
1756!
1757!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1758!-- of allowed timeseries is exceeded
1759    CALL user_init
1760
1761    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1762       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds', &
1763                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,    &
1764                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1765       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
1766    ENDIF
1767
1768!
1769!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1770!-- after call of user_init!
1771    CALL close_file( 13 )
1772
1773!
1774!-- Compute total sum of active mask grid points
1775!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1776!--          total domain
1777!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1778    ngp_2dh_outer_l   = 0
1779    ngp_2dh_outer     = 0
1780    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1781    ngp_2dh_s_inner   = 0
1782    ngp_2dh_l         = 0
1783    ngp_2dh           = 0
1784    ngp_3d_inner_l    = 0.0
1785    ngp_3d_inner      = 0
1786    ngp_3d            = 0
1787    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1788
1789    DO  sr = 0, statistic_regions
1790       DO  i = nxl, nxr
1791          DO  j = nys, nyn
1792             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0 )  THEN
1793!
1794!--             All xy-grid points
1795                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1796!
1797!--             xy-grid points above topography
1798                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1799                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1800                ENDDO
1801                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1802                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1803                ENDDO
1804!
1805!--             All grid points of the total domain above topography
1806                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1807                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1808             ENDIF
1809          ENDDO
1810       ENDDO
1811    ENDDO
1812
1813    sr = statistic_regions + 1
1814#if defined( __parallel )
1815    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1816    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,   &
1817                        comm2d, ierr )
1818    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1819    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,  &
1820                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1821    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1822    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),         &
1823                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1824    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1825    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL, &
1826                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1827    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1828#else
1829    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1830    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1831    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1832    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1833#endif
1834
1835    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
1836             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1837
1838!
1839!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1840!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1841!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1842    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
1843    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),            &
1844                           ngp_3d_inner(:) )
1845    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
1846
1847    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
1848
1849
1850 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.