source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1320

Last change on this file since 1320 was 1320, checked in by raasch, 7 years ago

ONLY-attribute added to USE-statements,
kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
kinds are defined in new module kinds,
old module precision_kind is removed,
revision history before 2012 removed,
comment fields (!:) to be used for variable explanations added to all variable declaration statements

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 63.0 KB
Line 
1 SUBROUTINE init_3d_model
2
3!--------------------------------------------------------------------------------!
4! This file is part of PALM.
5!
6! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
7! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
8! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
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!
17! Copyright 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
18!--------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22! ONLY-attribute added to USE-statements,
23! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
24! kinds are defined in new module kinds,
25! old module precision_kind is removed,
26! revision history before 2012 removed,
27! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
28! all variable declaration statements
29!
30! module interfaces removed
31!
32! Former revisions:
33! -----------------
34! $Id: init_3d_model.f90 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch $
35!
36! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
37! Bugfix: allocation of w_subs
38!
39! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
40! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
41! with large scale forcing data (LSF_DATA)
42!
43! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
44! Overwrite initial profiles in case of nudging
45! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
46!
47! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
48! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
49! copy
50!
51! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
52! array tri is allocated and included in data copy statement
53!
54! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
55! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
56!
57! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
58! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
59!
60! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
61! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
62!
63! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
64! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
65!
66! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
67! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
68! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
69!
70! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
71! unused variables removed
72!
73! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
74! openACC directive modified
75!
76! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
77! openACC directives added for pres
78! array diss allocated only if required
79!
80! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
81! unused variables removed
82!
83! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
84! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
85!
86! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
87! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
88! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
89! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
90! +tend_*, prr
91!
92! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
93! code put under GPL (PALM 3.9)
94!
95! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
96! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
97!
98! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
99! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
100!
101! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
102! mask is set to zero for ghost boundaries
103!
104! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
105! cpp switch __nopointer added for pointer free version
106!
107! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
108! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
109!
110! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
111! all actions concerning leapfrog scheme removed
112!
113! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
114! little reformatting
115!
116! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
117! outflow damping layer removed
118! roughness length for scalar quantites z0h added
119! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
120! boundaries added
121! initialization of ptdf_x, ptdf_y
122! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
123!
124! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
125! init_particles renamed lpm_init
126!
127! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
128! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
129!
130! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
131! Initial revision
132!
133!
134! Description:
135! ------------
136! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
137! a) pre-run the 1D model
138! or
139! b) pre-set constant linear profiles
140! or
141! c) read values of a previous run
142!------------------------------------------------------------------------------!
143
144    USE advec_ws
145
146    USE arrays_3d
147   
148    USE cloud_parameters,                                                      &
149        ONLY:  nc_const, precipitation_amount, precipitation_rate, prr
150   
151    USE constants,                                                             &
152        ONLY:  pi
153   
154    USE control_parameters
155   
156    USE grid_variables,                                                        &
157        ONLY:  dx, dy
158   
159    USE indices
160   
161    USE kinds
162   
163    USE ls_forcing_mod
164   
165    USE model_1d,                                                              &
166        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d
167   
168    USE netcdf_control
169   
170    USE particle_attributes,                                                   &
171        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
172   
173    USE pegrid
174   
175    USE random_function_mod
176   
177    USE statistics,                                                            &
178        ONLY:  hom, hom_sum, pr_palm, rmask, spectrum_x, spectrum_y,           &
179               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
180               sums_l_l, sums_up_fraction_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,         &
181               weight_pres, weight_substep
182   
183    USE transpose_indices
184
185    IMPLICIT NONE
186
187    INTEGER(iwp) ::  i             !:
188    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !:
189    INTEGER(iwp) ::  j             !:
190    INTEGER(iwp) ::  k             !:
191    INTEGER(iwp) ::  sr            !:
192
193    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !:
194
195    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !:
196    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !:
197
198    REAL(wp), DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l     !:
199    REAL(wp), DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_initial_l  !:
200
201    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !:
202    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !:
203
204
205!
206!-- Allocate arrays
207    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
208              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
209              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
210              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
211              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                        &
212              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
213              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
214    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
215    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
216              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
217              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
218              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
219              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),               &
220              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
221              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
222              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
223              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
224              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
225              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
226    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
227
228    ALLOCATE( rif(nysg:nyng,nxlg:nxrg), shf(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
229              ts(nysg:nyng,nxlg:nxrg), tswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
230              us(nysg:nyng,nxlg:nxrg), usws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
231              uswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), vsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
232              vswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
233              z0h(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
234
235    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),         &
236              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
237              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
238              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
239              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
240
241#if defined( __nopointer )
242    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
243              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
244              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
245              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
246              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
247              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
248              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
249              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
250              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
251              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
252              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
253              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
254              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
255              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
256              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
257#else
258    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
259              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
260              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
261              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
262              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
263              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
264              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
265              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
266              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
267              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
268              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
269              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
270              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
271              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
272    IF ( .NOT. neutral )  THEN
273       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
274    ENDIF
275#endif
276
277!
278!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
279!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
280!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
281!-- solver.
282    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
283       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
284    ELSEIF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
285!
286!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
287       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
288    ENDIF
289
290!
291!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
292    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
293       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
294       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
295    ENDIF
296
297    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
298!
299!--    2D-humidity/scalar arrays
300       ALLOCATE ( qs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
301                  qsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
302                  qswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
303
304!
305!--    3D-humidity/scalar arrays
306#if defined( __nopointer )
307       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
308                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
309                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
310#else
311       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
312                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
313                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
314#endif
315
316!
317!--    3D-arrays needed for humidity only
318       IF ( humidity )  THEN
319#if defined( __nopointer )
320          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
321#else
322          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
323#endif
324
325          IF ( cloud_physics ) THEN
326
327!
328!--          Liquid water content
329#if defined( __nopointer )
330             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
331#else
332             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
333#endif
334!
335!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
336             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
337                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
338
339             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
340!
341!--             1D-arrays
342                ALLOCATE ( nc_1d(nzb:nzt+1), pt_1d(nzb:nzt+1), &
343                           q_1d(nzb:nzt+1), qc_1d(nzb:nzt+1) ) 
344!
345!--             3D-cloud water content
346#if defined( __nopointer )
347                ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
348#else
349                ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
350#endif
351!
352!--             3D-tendency arrays
353                ALLOCATE( tend_pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
354                          tend_q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
355
356                IF ( precipitation )  THEN
357!
358!--                1D-arrays
359                   ALLOCATE ( nr_1d(nzb:nzt+1), qr_1d(nzb:nzt+1) ) 
360!
361!
362!--                3D-tendency arrays
363                   ALLOCATE( tend_nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
364                             tend_qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
365!
366!--                2D-rain water content and rain drop concentration arrays
367                   ALLOCATE ( qrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
368                              qrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
369                              qrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
370                              nrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
371                              nrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
372                              nrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
373!
374!--                3D-rain water content, rain drop concentration arrays
375#if defined( __nopointer )
376                   ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
377                             nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
378                             qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
379                             qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
380                             tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),      &
381                             tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
382#else
383                   ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
384                             nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
385                             nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
386                             qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
387                             qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
388                             qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
389#endif
390!
391!--                3d-precipitation rate
392                   ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
393                ENDIF
394
395             ENDIF
396          ENDIF
397
398          IF ( cloud_droplets )  THEN
399!
400!--          Liquid water content, change in liquid water content
401#if defined( __nopointer )
402             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
403                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
404#else
405             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
406                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
407#endif
408!
409!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
410             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
411                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
412          ENDIF
413
414       ENDIF
415
416    ENDIF
417
418    IF ( ocean )  THEN
419       ALLOCATE( saswsb(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
420                 saswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
421#if defined( __nopointer )
422       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
423                 rho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
424                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
425                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
426                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
427#else
428       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
429                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
430                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
431                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
432                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
433       prho => prho_1
434       rho  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
435                      ! density to be apointer
436#endif
437       IF ( humidity_remote )  THEN
438          ALLOCATE( qswst_remote(nysg:nyng,nxlg:nxrg))
439          qswst_remote = 0.0
440       ENDIF
441    ENDIF
442
443!
444!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
445!-- particle velocities
446    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  &
447         num_acc_per_node > 0 )  THEN
448       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
449    ENDIF
450
451    IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
452       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
453                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
454       spectrum_x = 0.0
455       spectrum_y = 0.0
456    ENDIF
457
458!
459!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
460    ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
461    w_subs = 0.0
462
463
464!
465!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
466    IF ( plant_canopy ) THEN
467       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
468                  lad_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
469                  lad_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
470                  lad_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
471                  cdc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
472
473       IF ( passive_scalar ) THEN
474          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
475                     sec(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ) 
476       ENDIF
477
478       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
479          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
480                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
481       ENDIF
482
483    ENDIF
484
485!
486!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
487    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
488       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg,1:4) )
489       rif_wall = 0.0
490    ENDIF
491
492!
493!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
494!-- are needed for radiation boundary conditions
495    IF ( outflow_l )  THEN
496       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2), &
497                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1), &
498                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
499    ENDIF
500    IF ( outflow_r )  THEN
501       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
502                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
503                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
504    ENDIF
505    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
506       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng), &
507                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
508    ENDIF
509    IF ( outflow_s )  THEN
510       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg), &
511                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg), &
512                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
513    ENDIF
514    IF ( outflow_n )  THEN
515       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
516                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
517                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
518    ENDIF
519    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
520       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), &
521                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
522    ENDIF
523    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
524       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
525       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
526    ENDIF
527
528
529#if ! defined( __nopointer )
530!
531!-- Initial assignment of the pointers
532    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
533    IF ( .NOT. neutral )  THEN
534       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
535    ELSE
536       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
537    ENDIF
538    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
539    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
540    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
541
542    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
543       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
544       IF ( humidity )  THEN
545          vpt  => vpt_1   
546          IF ( cloud_physics )  THEN
547             ql => ql_1
548             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
549                qc => qc_1
550                IF ( precipitation )  THEN
551                   qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
552                   nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
553                ENDIF
554             ENDIF
555          ENDIF
556       ENDIF
557       IF ( cloud_droplets )  THEN
558          ql   => ql_1
559          ql_c => ql_2
560       ENDIF
561    ENDIF
562
563    IF ( ocean )  THEN
564       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
565    ENDIF
566#endif
567
568!
569!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
570!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
571!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
572!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
573!-- will be set.
574    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max), &
575              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
576    weight_substep = 1.0
577    weight_pres    = 1.0
578    intermediate_timestep_count = 1  ! needed when simulated_time = 0.0
579       
580!
581!-- Initialize model variables
582    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
583         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
584!
585!--    First model run of a possible job queue.
586!--    Initial profiles of the variables must be computes.
587       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
588!
589!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
590!--       start 1D model
591          CALL init_1d_model
592!
593!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
594          DO  i = nxlg, nxrg
595             DO  j = nysg, nyng
596                e(:,j,i)  = e1d
597                kh(:,j,i) = kh1d
598                km(:,j,i) = km1d
599                pt(:,j,i) = pt_init
600                u(:,j,i)  = u1d
601                v(:,j,i)  = v1d
602             ENDDO
603          ENDDO
604
605          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
606             DO  i = nxlg, nxrg
607                DO  j = nysg, nyng
608                   q(:,j,i) = q_init
609                ENDDO
610             ENDDO
611             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
612                  precipitation )  THEN
613                DO  i = nxlg, nxrg
614                   DO  j = nysg, nyng
615                      qr(:,j,i) = 0.0
616                      nr(:,j,i) = 0.0
617                   ENDDO
618                ENDDO
619!
620!--             Initialze nc_1d with default value
621                nc_1d(:) = nc_const
622
623             ENDIF
624          ENDIF
625
626          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
627             DO  i = nxlg, nxrg
628                DO  j = nysg, nyng
629                   e(:,j,i)  = e1d
630                ENDDO
631             ENDDO
632!
633!--          Store initial profiles for output purposes etc.
634             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
635
636             IF ( prandtl_layer )  THEN
637                rif  = rif1d(nzb+1)
638                ts   = 0.0  ! could actually be computed more accurately in the
639                            ! 1D model. Update when opportunity arises.
640                us   = us1d
641                usws = usws1d
642                vsws = vsws1d
643             ELSE
644                ts   = 0.0  ! must be set, because used in
645                rif  = 0.0  ! flowste
646                us   = 0.0
647                usws = 0.0
648                vsws = 0.0
649             ENDIF
650
651          ELSE
652             e    = 0.0  ! must be set, because used in
653             rif  = 0.0  ! flowste
654             ts   = 0.0
655             us   = 0.0
656             usws = 0.0
657             vsws = 0.0
658          ENDIF
659          uswst = top_momentumflux_u
660          vswst = top_momentumflux_v
661
662!
663!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
664!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
665!--       Update when opportunity arises!
666          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
667             qs = 0.0
668             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
669                  precipitation )  THEN
670                qrs = 0.0
671                nrs = 0.0
672             ENDIF
673          ENDIF
674
675!
676!--       inside buildings set velocities back to zero
677          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
678             DO  i = nxl-1, nxr+1
679                DO  j = nys-1, nyn+1
680                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0
681                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0
682                ENDDO
683             ENDDO
684             
685!
686!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
687!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
688!--                   below the topography; need to correct later
689!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
690!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
691!--                     the topography.
692             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
693!
694!--             Neumann condition
695                DO  i = nxl-1, nxr+1
696                   DO  j = nys-1, nyn+1
697                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
698                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
699                   ENDDO
700                ENDDO
701
702             ENDIF
703
704          ENDIF
705
706       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
707       THEN
708
709!
710!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
711          IF ( nudging ) THEN
712             pt_init = ptnudge(:,1)
713             u_init  = unudge(:,1)
714             v_init  = vnudge(:,1)
715             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
716                q_init = qnudge(:,1)
717             ENDIF
718
719             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ', &
720                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
721             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
722          ENDIF
723
724!
725!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
726!--       temperature profile with constant gradient)
727          DO  i = nxlg, nxrg
728             DO  j = nysg, nyng
729                pt(:,j,i) = pt_init
730                u(:,j,i)  = u_init
731                v(:,j,i)  = v_init
732             ENDDO
733          ENDDO
734
735!
736!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
737!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
738!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
739!--       in the limiting formula!). The original values are stored to be later
740!--       used for volume flow control.
741          DO  i = nxlg, nxrg
742             DO  j = nysg, nyng
743                u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
744                v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
745             ENDDO
746          ENDDO
747
748          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
749             DO  i = nxlg, nxrg
750                DO  j = nysg, nyng
751                   q(:,j,i) = q_init
752                ENDDO
753             ENDDO
754             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0 )  THEN
755!
756!--             Initialze nc_1d with default value
757                nc_1d(:) = nc_const
758
759                IF ( precipitation )  THEN
760                   DO  i = nxlg, nxrg
761                      DO  j = nysg, nyng
762                         qr(:,j,i) = 0.0
763                         nr(:,j,i) = 0.0
764                      ENDDO
765                   ENDDO
766                ENDIF
767
768             ENDIF
769          ENDIF
770
771          IF ( ocean )  THEN
772             DO  i = nxlg, nxrg
773                DO  j = nysg, nyng
774                   sa(:,j,i) = sa_init
775                ENDDO
776             ENDDO
777          ENDIF
778         
779          IF ( constant_diffusion )  THEN
780             km   = km_constant
781             kh   = km / prandtl_number
782             e    = 0.0
783          ELSEIF ( e_init > 0.0 )  THEN
784             DO  k = nzb+1, nzt
785                km(k,:,:) = 0.1 * l_grid(k) * SQRT( e_init )
786             ENDDO
787             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
788             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
789             kh   = km / prandtl_number
790             e    = e_init
791          ELSE
792             IF ( .NOT. ocean )  THEN
793                kh   = 0.01   ! there must exist an initial diffusion, because
794                km   = 0.01   ! otherwise no TKE would be produced by the
795                              ! production terms, as long as not yet
796                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
797             ELSE
798                kh   = 0.00001
799                km   = 0.00001
800             ENDIF
801             e    = 0.0
802          ENDIF
803          rif   = 0.0
804          ts    = 0.0
805          us    = 0.0
806          usws  = 0.0
807          uswst = top_momentumflux_u
808          vsws  = 0.0
809          vswst = top_momentumflux_v
810          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0
811
812!
813!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
814!--       of a sloping surface
815          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
816
817       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
818       THEN
819!
820!--       Initialization will completely be done by the user
821          CALL user_init_3d_model
822
823       ENDIF
824!
825!--    Bottom boundary
826       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
827          u(nzb,:,:) = 0.0
828          v(nzb,:,:) = 0.0
829       ENDIF
830
831!
832!--    Apply channel flow boundary condition
833       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
834          u(nzt+1,:,:) = 0.0
835          v(nzt+1,:,:) = 0.0
836       ENDIF
837
838!
839!--    Calculate virtual potential temperature
840       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0 + 0.61 * q )
841
842!
843!--    Store initial profiles for output purposes etc.
844       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
845       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
846       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
847          hom(nzb,1,5,:) = 0.0   
848          hom(nzb,1,6,:) = 0.0 
849       ENDIF
850       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
851       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
852       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
853
854       IF ( ocean )  THEN
855!
856!--       Store initial salinity profile
857          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
858       ENDIF
859
860       IF ( humidity )  THEN
861!
862!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
863!--       temperature
864          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
865          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
866          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
867!
868!--          Store initial profile of specific humidity and potential
869!--          temperature
870             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
871             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
872          ENDIF
873       ENDIF
874
875       IF ( passive_scalar )  THEN
876!
877!--       Store initial scalar profile
878          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
879       ENDIF
880
881!
882!--    Initialize fluxes at bottom surface
883       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
884
885          IF ( constant_heatflux )  THEN
886!
887!--          Heat flux is prescribed
888             IF ( random_heatflux )  THEN
889                CALL disturb_heatflux
890             ELSE
891                shf = surface_heatflux
892!
893!--             Initialize shf with data from external file LSF_DATA
894                IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) THEN
895                   CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
896                ENDIF
897
898!
899!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
900                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
901                   DO  i = nxlg, nxrg
902                      DO  j = nysg, nyng
903                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
904                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
905                         ENDIF
906                      ENDDO
907                   ENDDO
908                ENDIF
909             ENDIF
910          ENDIF
911
912!
913!--       Determine the near-surface water flux
914          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
915             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
916                  precipitation )  THEN
917                qrsws = 0.0
918                nrsws = 0.0
919             ENDIF
920             IF ( constant_waterflux )  THEN
921                qsws   = surface_waterflux
922!
923!--             Over topography surface_waterflux is replaced by
924!--             wall_humidityflux(0)
925                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
926                   wall_qflux = wall_humidityflux
927                   DO  i = nxlg, nxrg
928                      DO  j = nysg, nyng
929                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
930                            qsws(j,i) = wall_qflux(0)
931                         ENDIF
932                      ENDDO
933                   ENDDO
934                ENDIF
935             ENDIF
936          ENDIF
937
938       ENDIF
939
940!
941!--    Initialize fluxes at top surface
942!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
943!--    The latent flux is zero in this case!
944       IF ( use_top_fluxes )  THEN
945
946          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
947!
948!--          Heat flux is prescribed
949             tswst = top_heatflux
950
951             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
952                qswst = 0.0
953                IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
954                     precipitation ) THEN
955                   nrswst = 0.0
956                   qrswst = 0.0
957                ENDIF
958             ENDIF
959
960             IF ( ocean )  THEN
961                saswsb = bottom_salinityflux
962                saswst = top_salinityflux
963             ENDIF
964          ENDIF
965
966!
967!--       Initialization in case of a coupled model run
968          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
969             tswst = 0.0
970          ENDIF
971
972       ENDIF
973
974!
975!--    Initialize Prandtl layer quantities
976       IF ( prandtl_layer )  THEN
977
978          z0 = roughness_length
979          z0h = z0h_factor * z0
980
981          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
982!
983!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
984!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
985!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
986!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
987!--          value in the course of the first few time steps.
988             shf   = 0.0
989          ENDIF
990
991          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
992             IF ( .NOT. constant_waterflux )  qsws   = 0.0
993             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
994                  precipitation )  THEN
995                qrsws = 0.0
996                nrsws = 0.0
997             ENDIF
998          ENDIF
999
1000       ENDIF
1001
1002!
1003!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1004!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1005       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1006          IF ( .NOT. humidity )  THEN
1007             ref_state(:) = pt_reference
1008          ELSE
1009             ref_state(:) = vpt_reference
1010          ENDIF
1011       ELSE
1012          IF ( .NOT. humidity )  THEN
1013             ref_state(:) = pt_init(:)
1014          ELSE
1015             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1016          ENDIF
1017       ENDIF
1018
1019!
1020!--    For the moment, vertical velocity is zero
1021       w = 0.0
1022
1023!
1024!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1025       sums = 0.0
1026
1027!
1028!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1029       IF ( psolver == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0
1030
1031!
1032!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1033!--    are zero at beginning of the simulation
1034       IF ( cloud_physics )  THEN
1035          ql = 0.0
1036          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0
1037          IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
1038             qc = 0.0
1039             nc_1d = nc_const
1040          ENDIF
1041       ENDIF
1042!
1043!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1044       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1045          CALL init_rankine
1046       ENDIF
1047
1048!
1049!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1050       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1051          CALL init_pt_anomaly
1052       ENDIF
1053
1054!
1055!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1056       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
1057          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1058       ENDIF
1059
1060!
1061!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1062!--    run
1063       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
1064            q_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
1065          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1066       ENDIF
1067!
1068!--    Initialize the random number generator (from numerical recipes)
1069       CALL random_function_ini
1070
1071!
1072!--    Initialize old and new time levels.
1073       te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
1074       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1075
1076       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1077          tq_m = 0.0
1078          q_p = q
1079          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1080               precipitation )  THEN
1081             tqr_m = 0.0
1082             qr_p = qr
1083             tnr_m = 0.0
1084             nr_p = nr
1085          ENDIF
1086       ENDIF
1087
1088       IF ( ocean )  THEN
1089          tsa_m = 0.0
1090          sa_p  = sa
1091       ENDIF
1092       
1093
1094    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
1095         TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  &
1096    THEN
1097!
1098!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1099!--    some of the global variables from the restart file which are required
1100!--    for initializing the inflow
1101       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1102
1103          DO  i = 0, io_blocks-1
1104             IF ( i == io_group )  THEN
1105                CALL read_parts_of_var_list
1106                CALL close_file( 13 )
1107             ENDIF
1108#if defined( __parallel )
1109             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1110#endif
1111          ENDDO
1112
1113       ENDIF
1114
1115!
1116!--    Read binary data from restart file
1117       DO  i = 0, io_blocks-1
1118          IF ( i == io_group )  THEN
1119             CALL read_3d_binary
1120          ENDIF
1121#if defined( __parallel )
1122          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1123#endif
1124       ENDDO
1125
1126!
1127!--    Initialization of the turbulence recycling method
1128       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.  &
1129            turbulent_inflow )  THEN
1130!
1131!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1132!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1133!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1134!--       for u,v-components can be used.
1135          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
1136
1137          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1138             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1139             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1140          ELSE
1141             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1142             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1143          ENDIF
1144          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1145          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
1146
1147!
1148!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1149!--       profiles
1150          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1151             DO  i = nxlg, nxrg
1152                DO  j = nysg, nyng
1153                   DO  k = nzb, nzt+1
1154                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1155                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1156                   ENDDO
1157                ENDDO
1158             ENDDO
1159          ENDIF
1160
1161!
1162!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1163!--       conditions are used)
1164          IF ( inflow_l )  THEN
1165             DO  j = nysg, nyng
1166                DO  k = nzb, nzt+1
1167                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1168                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1169                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0
1170                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1171                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
1172                ENDDO
1173             ENDDO
1174          ENDIF
1175
1176!
1177!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1178!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1179!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1180!--       in time.
1181          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9 )  THEN
1182!
1183!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1184!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1185!--          specified.
1186             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0 )  THEN
1187                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1188             ELSE
1189                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',&
1190                     'explicitly specified because&the inversion height ', &
1191                     'calculated by the prerun is zero.'
1192                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1193             ENDIF
1194
1195          ENDIF
1196
1197          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9 )  THEN
1198!
1199!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1200!--          layer
1201             inflow_damping_width = 0.1 * inflow_damping_height
1202
1203          ENDIF
1204
1205          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1206
1207          DO  k = nzb, nzt+1
1208
1209             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1210                inflow_damping_factor(k) = 1.0
1211             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1212                inflow_damping_factor(k) = 1.0 -                               &
1213                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1214                                           inflow_damping_width
1215             ELSE
1216                inflow_damping_factor(k) = 0.0
1217             ENDIF
1218
1219          ENDDO
1220
1221       ENDIF
1222
1223!
1224!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
1225       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.  &
1226            topography /= 'flat' )  THEN
1227!
1228!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1229!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1230!--       maybe revise later.
1231          DO  i = nxlg, nxrg
1232             DO  j = nysg, nyng
1233                u  (nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1234                v  (nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1235                w  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1236                e  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0
1237                tu_m(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1238                tv_m(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1239                tw_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1240                te_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0
1241                tpt_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0
1242             ENDDO
1243          ENDDO
1244
1245       ENDIF
1246
1247!
1248!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1249!--    of a sloping surface
1250       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1251
1252!
1253!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1254!--    including ghost points)
1255       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1256       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1257          q_p = q
1258          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1259               precipitation )  THEN
1260             qr_p = qr
1261             nr_p = nr
1262          ENDIF
1263       ENDIF
1264       IF ( ocean )  sa_p = sa
1265
1266!
1267!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1268!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1269!--    there before they are set.
1270       te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
1271       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1272          tq_m = 0.0
1273          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1274               precipitation )  THEN
1275             tqr_m = 0.0
1276             tnr_m = 0.0
1277          ENDIF
1278       ENDIF
1279       IF ( ocean )  tsa_m = 0.0
1280
1281    ELSE
1282!
1283!--    Actually this part of the programm should not be reached
1284       message_string = 'unknown initializing problem'
1285       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1286    ENDIF
1287
1288
1289    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1290!
1291!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1292       IF ( outflow_l )  THEN
1293          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1294          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1295          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1296       ENDIF
1297       IF ( outflow_r )  THEN
1298          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1299          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1300          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1301       ENDIF
1302       IF ( outflow_s )  THEN
1303          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1304          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1305          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1306       ENDIF
1307       IF ( outflow_n )  THEN
1308          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1309          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1310          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1311       ENDIF
1312       
1313    ENDIF
1314
1315!
1316!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1317    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1318
1319       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1320
1321          volume_flow_initial_l = 0.0
1322          volume_flow_area_l    = 0.0
1323
1324          IF ( nxr == nx )  THEN
1325             DO  j = nys, nyn
1326                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1327                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1328                                              u_init(k) * dzw(k)
1329                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1330                ENDDO
1331             ENDDO
1332          ENDIF
1333         
1334          IF ( nyn == ny )  THEN
1335             DO  i = nxl, nxr
1336                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1337                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1338                                              v_init(k) * dzw(k)
1339                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1340                ENDDO
1341             ENDDO
1342          ENDIF
1343
1344#if defined( __parallel )
1345          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1346                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1347          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1348                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1349
1350#else
1351          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1352          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1353#endif 
1354
1355       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1356
1357          volume_flow_initial_l = 0.0
1358          volume_flow_area_l    = 0.0
1359
1360          IF ( nxr == nx )  THEN
1361             DO  j = nys, nyn
1362                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1363                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1364                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)
1365                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1366                ENDDO
1367             ENDDO
1368          ENDIF
1369         
1370          IF ( nyn == ny )  THEN
1371             DO  i = nxl, nxr
1372                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1373                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1374                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)
1375                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1376                ENDDO
1377             ENDDO
1378          ENDIF
1379
1380#if defined( __parallel )
1381          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1382                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1383          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1384                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1385
1386#else
1387          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1388          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1389#endif 
1390
1391       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1392
1393          volume_flow_initial_l = 0.0
1394          volume_flow_area_l    = 0.0
1395
1396          IF ( nxr == nx )  THEN
1397             DO  j = nys, nyn
1398                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1399                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1400                                              u(k,j,nx) * dzw(k)
1401                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1402                ENDDO
1403             ENDDO
1404          ENDIF
1405         
1406          IF ( nyn == ny )  THEN
1407             DO  i = nxl, nxr
1408                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1409                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1410                                              v(k,ny,i) * dzw(k)
1411                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1412                ENDDO
1413             ENDDO
1414          ENDIF
1415
1416#if defined( __parallel )
1417          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1418                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1419          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1420                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1421
1422#else
1423          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1424          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1425#endif 
1426
1427       ENDIF
1428
1429!
1430!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1431!--    from u|v_bulk instead
1432       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1433          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1434          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1435       ENDIF
1436
1437    ENDIF
1438
1439!
1440!-- Initialize quantities for special advections schemes
1441    CALL init_advec
1442
1443!
1444!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1445!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
1446    IF ( create_disturbances .AND. &
1447         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
1448         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1449
1450       CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
1451       CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
1452       n_sor = nsor_ini
1453       !$acc data copyin( d, ddzu, ddzw, nzb_s_inner, nzb_u_inner )            &
1454       !$acc      copyin( nzb_v_inner, nzb_w_inner, p, rflags_s_inner, tend )  &
1455       !$acc      copyin( weight_pres, weight_substep )                        &
1456       !$acc      copy( tri, tric, u, v, w )
1457       CALL pres
1458       !$acc end data
1459       n_sor = nsor
1460    ENDIF
1461
1462!
1463!-- Initialization of the leaf area density
1464    IF ( plant_canopy )  THEN
1465 
1466       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1467
1468          CASE( 'block' )
1469
1470             DO  i = nxlg, nxrg
1471                DO  j = nysg, nyng
1472                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1473                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
1474                   IF ( passive_scalar )  THEN
1475                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1476                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1477                   ENDIF
1478                ENDDO
1479             ENDDO
1480
1481          CASE DEFAULT
1482
1483!
1484!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1485!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1486!--          user has coded a special case in the user interface.
1487!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1488!--          which of these two conditions applies.
1489             CALL user_init_plant_canopy
1490 
1491          END SELECT
1492
1493       CALL exchange_horiz( lad_s, nbgp )
1494       CALL exchange_horiz( cdc, nbgp )
1495
1496       IF ( passive_scalar )  THEN
1497          CALL exchange_horiz( sls, nbgp )
1498          CALL exchange_horiz( sec, nbgp )
1499       ENDIF
1500
1501!
1502!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1503!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1504!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1505!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1506!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1507
1508       DO  i = nxl, nxr
1509          DO  j = nys, nyn
1510             DO  k = nzb, nzt+1 
1511                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0 )  THEN
1512                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1513                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1514                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1515                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1516                ENDIF
1517             ENDDO
1518             DO  k = nzb, nzt
1519                lad_w(k,j,i) = 0.5 * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
1520             ENDDO
1521          ENDDO
1522       ENDDO
1523
1524       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0
1525       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
1526
1527       CALL exchange_horiz( lad_u, nbgp )
1528       CALL exchange_horiz( lad_v, nbgp )
1529       CALL exchange_horiz( lad_w, nbgp )
1530
1531!
1532!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
1533       IF ( cthf /= 0.0 )  THEN
1534!
1535!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1536!--       integration of the leaf area density
1537          lai(:,:,:) = 0.0
1538          DO  i = nxlg, nxrg
1539             DO  j = nysg, nyng
1540                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1541                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
1542                                ( 0.5 * ( lad_w(k+1,j,i) +       &
1543                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1544                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
1545                                ( 0.5 * ( lad_w(k,j,i)   +       &
1546                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1547                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1548                ENDDO
1549             ENDDO
1550          ENDDO
1551
1552!
1553!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1554!--       canopy
1555          DO  i = nxlg, nxrg
1556             DO  j = nysg, nyng
1557                DO  k = 0, pch_index
1558                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
1559                                             exp( -0.6 * lai(k,j,i) )
1560                ENDDO
1561             ENDDO
1562          ENDDO
1563
1564!
1565!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1566!--       distribution within the canopy
1567          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1568
1569       ENDIF
1570
1571    ENDIF
1572
1573!
1574!-- If required, initialize dvrp-software
1575    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9 )  CALL init_dvrp
1576
1577    IF ( ocean )  THEN
1578!
1579!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1580       CALL init_ocean
1581
1582    ELSE
1583!
1584!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1585!--    This routine must be called before lpm_init, because
1586!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1587!--    lpm_init) is not defined.
1588       CALL init_cloud_physics
1589    ENDIF
1590
1591!
1592!-- If required, initialize particles
1593    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
1594
1595!
1596!-- Initialize the ws-scheme.   
1597    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
1598
1599!
1600!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
1601!-- and turbulent quantities from the RK substeps               
1602    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1603
1604       weight_substep(1) = 1./6.
1605       weight_substep(2) = 3./10.
1606       weight_substep(3) = 8./15.
1607
1608       weight_pres(1)    = 1./3.
1609       weight_pres(2)    = 5./12.
1610       weight_pres(3)    = 1./4.
1611
1612    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1613
1614       weight_substep(1) = 1./2.
1615       weight_substep(2) = 1./2.
1616         
1617       weight_pres(1)    = 1./2.
1618       weight_pres(2)    = 1./2.       
1619
1620    ELSE                                     ! for Euler-method
1621
1622       weight_substep(1) = 1.0     
1623       weight_pres(1)    = 1.0                   
1624
1625    ENDIF
1626
1627!
1628!-- Initialize Rayleigh damping factors
1629    rdf    = 0.0
1630    rdf_sc = 0.0
1631    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0 )  THEN
1632       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1633          DO  k = nzb+1, nzt
1634             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1635                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1636                      ( SIN( pi * 0.5 * ( zu(k) - rayleigh_damping_height )    &
1637                                      / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
1638                      )**2
1639             ENDIF
1640          ENDDO
1641       ELSE
1642          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1643             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1644                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1645                      ( SIN( pi * 0.5 * ( rayleigh_damping_height - zu(k) )    &
1646                                      / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
1647                      )**2
1648             ENDIF
1649          ENDDO
1650       ENDIF
1651    ENDIF
1652    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
1653
1654!
1655!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1656!-- the external pressure gradient
1657    dp_smooth_factor = 1.0
1658    IF ( dp_external )  THEN
1659!
1660!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1661!--    (e.g. in init_grid).
1662       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1663          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1664          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb
1665                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1666       ENDIF
1667       IF ( dp_smooth )  THEN
1668          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0
1669          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1670             dp_smooth_factor(k) = 0.5 * ( 1.0 + SIN( pi * &
1671                  ( REAL( k - dp_level_ind_b ) /  &
1672                    REAL( nzt - dp_level_ind_b ) - 0.5 ) ) )
1673          ENDDO
1674       ENDIF
1675    ENDIF
1676
1677!
1678!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1679!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1680!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
1681    ptdf_x = 0.0
1682    ptdf_y = 0.0
1683    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
1684       DO  i = nxl, nxr
1685          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
1686             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5 *        &
1687                         REAL( pt_damping_width - i * dx ) / (        &
1688                         REAL( pt_damping_width )            ) ) )**2 
1689          ENDIF
1690       ENDDO
1691    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
1692       DO  i = nxl, nxr
1693          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
1694             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                      &
1695                         SIN( pi * 0.5 * ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) / &
1696                                         REAL( pt_damping_width ) )**2
1697          ENDIF
1698       ENDDO
1699    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
1700       DO  j = nys, nyn
1701          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
1702             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                      &
1703                         SIN( pi * 0.5 * ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) / &
1704                                         REAL( pt_damping_width ) )**2
1705          ENDIF
1706       ENDDO
1707    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
1708       DO  j = nys, nyn
1709          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
1710             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                             &
1711                         SIN( pi * 0.5 * ( pt_damping_width - j * dy ) / &
1712                                         REAL( pt_damping_width ) )**2
1713          ENDIF
1714       ENDDO
1715    ENDIF
1716
1717!
1718!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1719!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1720!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1721!-- are never initialized)
1722    sums_divnew_l      = 0.0
1723    sums_divold_l      = 0.0
1724    sums_l_l           = 0.0
1725    sums_up_fraction_l = 0.0
1726    sums_wsts_bc_l     = 0.0
1727
1728!
1729!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1730!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
1731!-- would bias the statistics
1732    rmask = 1.0
1733    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0
1734    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0
1735
1736!
1737!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1738!-- of allowed timeseries is exceeded
1739    CALL user_init
1740
1741    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1742       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds', &
1743                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,    &
1744                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1745       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
1746    ENDIF
1747
1748!
1749!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1750!-- after call of user_init!
1751    CALL close_file( 13 )
1752
1753!
1754!-- Compute total sum of active mask grid points
1755!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1756!--          total domain
1757!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1758    ngp_2dh_outer_l   = 0
1759    ngp_2dh_outer     = 0
1760    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1761    ngp_2dh_s_inner   = 0
1762    ngp_2dh_l         = 0
1763    ngp_2dh           = 0
1764    ngp_3d_inner_l    = 0.0
1765    ngp_3d_inner      = 0
1766    ngp_3d            = 0
1767    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1768
1769    DO  sr = 0, statistic_regions
1770       DO  i = nxl, nxr
1771          DO  j = nys, nyn
1772             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0 )  THEN
1773!
1774!--             All xy-grid points
1775                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1776!
1777!--             xy-grid points above topography
1778                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1779                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1780                ENDDO
1781                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1782                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1783                ENDDO
1784!
1785!--             All grid points of the total domain above topography
1786                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1787                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1788             ENDIF
1789          ENDDO
1790       ENDDO
1791    ENDDO
1792
1793    sr = statistic_regions + 1
1794#if defined( __parallel )
1795    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1796    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,   &
1797                        comm2d, ierr )
1798    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1799    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,  &
1800                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1801    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1802    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),         &
1803                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1804    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1805    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL, &
1806                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1807    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1808#else
1809    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1810    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1811    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1812    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1813#endif
1814
1815    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
1816             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1817
1818!
1819!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1820!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1821!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1822    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
1823    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),            &
1824                           ngp_3d_inner(:) )
1825    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
1826
1827    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
1828
1829
1830 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.