source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1496

Last change on this file since 1496 was 1496, checked in by maronga, 9 years ago

added beta version of a land surface model and a simple radiation model for clear sky conditions

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 64.4 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! Added initialization of the land surface and radiation schemes
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: init_3d_model.f90 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga $
27!
28! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
29! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
30!   canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
31!   subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
32!   call of subroutine init_plant_canopy added.
33!
34! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
35! var_d added, in order to normalize spectra.
36!
37! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
38! Ensemble run capability added to parallel random number generator
39!
40! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
41! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
42! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
43!
44! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
45! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
46! no-slip boundary condition for uv
47!
48! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
49! location messages modified
50!
51! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
52! Parallel random number generator added
53!
54! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
55! location messages added
56!
57! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
58! tend_* removed
59! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
60!
61! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
62! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
63! module
64!
65! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
66! REAL constants provided with KIND-attribute
67!
68! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
69! REAL constants defined as wp-kind
70!
71! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
72! REAL constants defined as wp-kind
73! module interfaces removed
74!
75! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
76! ONLY-attribute added to USE-statements,
77! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
78! kinds are defined in new module kinds,
79! revision history before 2012 removed,
80! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
81! all variable declaration statements
82!
83! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
84! Bugfix: allocation of w_subs
85!
86! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
87! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
88! with large scale forcing data (LSF_DATA)
89!
90! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
91! Overwrite initial profiles in case of nudging
92! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
93!
94! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
95! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
96! copy
97!
98! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
99! array tri is allocated and included in data copy statement
100!
101! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
102! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
103!
104! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
105! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
106!
107! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
108! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
109!
110! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
111! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
112!
113! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
114! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
115! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
116!
117! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
118! unused variables removed
119!
120! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
121! openACC directive modified
122!
123! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
124! openACC directives added for pres
125! array diss allocated only if required
126!
127! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
128! unused variables removed
129!
130! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
131! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
132!
133! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
134! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
135! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
136! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
137! +tend_*, prr
138!
139! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
140! code put under GPL (PALM 3.9)
141!
142! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
143! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
144!
145! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
146! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
147!
148! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
149! mask is set to zero for ghost boundaries
150!
151! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
152! cpp switch __nopointer added for pointer free version
153!
154! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
155! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
156!
157! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
158! all actions concerning leapfrog scheme removed
159!
160! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
161! little reformatting
162!
163! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
164! outflow damping layer removed
165! roughness length for scalar quantites z0h added
166! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
167! boundaries added
168! initialization of ptdf_x, ptdf_y
169! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
170!
171! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
172! init_particles renamed lpm_init
173!
174! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
175! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
176!
177! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
178! Initial revision
179!
180!
181! Description:
182! ------------
183! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
184! a) pre-run the 1D model
185! or
186! b) pre-set constant linear profiles
187! or
188! c) read values of a previous run
189!------------------------------------------------------------------------------!
190
191    USE advec_ws
192
193    USE arrays_3d
194   
195    USE cloud_parameters,                                                      &
196        ONLY:  nc_const, precipitation_amount, precipitation_rate, prr
197   
198    USE constants,                                                             &
199        ONLY:  pi
200   
201    USE control_parameters
202   
203    USE grid_variables,                                                        &
204        ONLY:  dx, dy
205   
206    USE indices
207
208    USE lpm_init_mod,                                                          &
209        ONLY:  lpm_init
210   
211    USE kinds
212
213    USE land_surface_model_mod,                                                &
214        ONLY:  init_lsm, land_surface
215 
216    USE ls_forcing_mod
217   
218    USE model_1d,                                                              &
219        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d 
220   
221    USE netcdf_control
222   
223    USE particle_attributes,                                                   &
224        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
225   
226    USE pegrid
227   
228    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
229        ONLY:  init_plant_canopy, plant_canopy
230
231    USE radiation_model_mod,                                                   &
232        ONLY:  init_radiation, radiation
233   
234    USE random_function_mod 
235   
236    USE random_generator_parallel,                                             &
237        ONLY:  random_number_parallel, random_seed_parallel, random_dummy,     &
238               id_random_array, seq_random_array
239   
240    USE statistics,                                                            &
241        ONLY:  hom, hom_sum, pr_palm, rmask, spectrum_x, spectrum_y,           &
242               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
243               sums_l_l, sums_up_fraction_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,         &
244               var_d, weight_pres, weight_substep 
245   
246    USE transpose_indices 
247
248    IMPLICIT NONE
249
250    INTEGER(iwp) ::  i             !:
251    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !:
252    INTEGER(iwp) ::  j             !:
253    INTEGER(iwp) ::  k             !:
254    INTEGER(iwp) ::  sr            !:
255
256    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !:
257
258    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !:
259    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !:
260
261    REAL(wp), DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l     !:
262    REAL(wp), DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_initial_l  !:
263
264    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !:
265    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !:
266
267
268    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
269!
270!-- Allocate arrays
271    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
272              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
273              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
274              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
275              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                        &
276              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
277              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
278    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
279    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
280              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
281              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
282              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
283              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),               &
284              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
285              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
286              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
287              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
288              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
289              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
290    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
291
292    ALLOCATE( rif(nysg:nyng,nxlg:nxrg), shf(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
293              ts(nysg:nyng,nxlg:nxrg), tswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
294              us(nysg:nyng,nxlg:nxrg), usws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
295              uswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), vsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
296              vswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0(nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
297              z0h(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
298
299    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),         &
300              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
301              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
302              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
303              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
304
305#if defined( __nopointer )
306    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
307              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
308              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
309              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
310              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
311              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
312              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
313              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
314              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
315              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
316              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
317              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
318              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
319              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
320              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
321#else
322    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
323              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
324              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
325              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
326              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
327              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
328              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
329              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
330              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
331              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
332              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
333              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
334              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
335              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
336    IF ( .NOT. neutral )  THEN
337       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
338    ENDIF
339#endif
340
341!
342!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
343!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
344!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
345!-- solver.
346    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
347       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
348    ELSEIF ( psolver == 'multigrid' )  THEN
349!
350!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
351       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
352    ENDIF
353
354!
355!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
356    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
357       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
358       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
359    ENDIF
360
361    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
362!
363!--    2D-humidity/scalar arrays
364       ALLOCATE ( qs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
365                  qsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
366                  qswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
367
368!
369!--    3D-humidity/scalar arrays
370#if defined( __nopointer )
371       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
372                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
373                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
374#else
375       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
376                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
377                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
378#endif
379
380!
381!--    3D-arrays needed for humidity only
382       IF ( humidity )  THEN
383#if defined( __nopointer )
384          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
385#else
386          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
387#endif
388
389          IF ( cloud_physics ) THEN
390
391!
392!--          Liquid water content
393#if defined( __nopointer )
394             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
395#else
396             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
397#endif
398!
399!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
400             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
401                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
402
403             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
404!
405!--             1D-arrays
406                ALLOCATE ( nc_1d(nzb:nzt+1), pt_1d(nzb:nzt+1), &
407                           q_1d(nzb:nzt+1), qc_1d(nzb:nzt+1) ) 
408!
409!--             3D-cloud water content
410#if defined( __nopointer )
411                ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
412#else
413                ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
414#endif
415
416                IF ( precipitation )  THEN
417!
418!--                1D-arrays
419                   ALLOCATE ( nr_1d(nzb:nzt+1), qr_1d(nzb:nzt+1) ) 
420
421!
422!--                2D-rain water content and rain drop concentration arrays
423                   ALLOCATE ( qrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
424                              qrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
425                              qrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
426                              nrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                 &
427                              nrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
428                              nrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
429!
430!--                3D-rain water content, rain drop concentration arrays
431#if defined( __nopointer )
432                   ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
433                             nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
434                             qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
435                             qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
436                             tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),      &
437                             tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
438#else
439                   ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
440                             nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
441                             nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
442                             qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
443                             qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),       &
444                             qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
445#endif
446!
447!--                3d-precipitation rate
448                   ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
449                ENDIF
450
451             ENDIF
452          ENDIF
453
454          IF ( cloud_droplets )  THEN
455!
456!--          Liquid water content, change in liquid water content
457#if defined( __nopointer )
458             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
459                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
460#else
461             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
462                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
463#endif
464!
465!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
466             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
467                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
468          ENDIF
469
470       ENDIF
471
472    ENDIF
473
474    IF ( ocean )  THEN
475       ALLOCATE( saswsb(nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
476                 saswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
477#if defined( __nopointer )
478       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
479                 rho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),    &
480                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),     &
481                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
482                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
483#else
484       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
485                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),  &
486                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
487                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),   &
488                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
489       prho => prho_1
490       rho  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
491                      ! density to be apointer
492#endif
493       IF ( humidity_remote )  THEN
494          ALLOCATE( qswst_remote(nysg:nyng,nxlg:nxrg))
495          qswst_remote = 0.0_wp
496       ENDIF
497    ENDIF
498
499!
500!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
501!-- particle velocities
502    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.  &
503         num_acc_per_node > 0 )  THEN
504       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
505    ENDIF
506
507    IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
508       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
509                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
510       spectrum_x = 0.0_wp
511       spectrum_y = 0.0_wp
512
513       ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
514       var_d = 0.0_wp
515    ENDIF
516
517!
518!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
519    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
520       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
521       w_subs = 0.0_wp
522    ENDIF
523
524!
525!-- ID-array and state-space-array for the parallel random number generator
526    IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
527       ALLOCATE ( seq_random_array(5,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
528       ALLOCATE ( id_random_array(0:ny,0:nx) )
529       seq_random_array = 0
530       id_random_array  = 0
531    ENDIF
532   
533!
534!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
535    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
536       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg,1:4) )
537       rif_wall = 0.0_wp
538    ENDIF
539
540!
541!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
542!-- are needed for radiation boundary conditions
543    IF ( outflow_l )  THEN
544       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2), &
545                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1), &
546                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
547    ENDIF
548    IF ( outflow_r )  THEN
549       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
550                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx), &
551                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
552    ENDIF
553    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
554       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng), &
555                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
556    ENDIF
557    IF ( outflow_s )  THEN
558       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg), &
559                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg), &
560                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
561    ENDIF
562    IF ( outflow_n )  THEN
563       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
564                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg), &
565                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
566    ENDIF
567    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
568       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), &
569                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
570    ENDIF
571    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
572       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
573       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
574    ENDIF
575
576
577#if ! defined( __nopointer )
578!
579!-- Initial assignment of the pointers
580    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
581    IF ( .NOT. neutral )  THEN
582       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
583    ELSE
584       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
585    ENDIF
586    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
587    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
588    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
589
590    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
591       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
592       IF ( humidity )  THEN
593          vpt  => vpt_1   
594          IF ( cloud_physics )  THEN
595             ql => ql_1
596             IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
597                qc => qc_1
598                IF ( precipitation )  THEN
599                   qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
600                   nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
601                ENDIF
602             ENDIF
603          ENDIF
604       ENDIF
605       IF ( cloud_droplets )  THEN
606          ql   => ql_1
607          ql_c => ql_2
608       ENDIF
609    ENDIF
610
611    IF ( ocean )  THEN
612       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
613    ENDIF
614#endif
615
616!
617!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
618!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
619!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
620!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
621!-- will be set.
622    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max), &
623              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
624    weight_substep = 1.0_wp
625    weight_pres    = 1.0_wp
626    intermediate_timestep_count = 1  ! needed when simulated_time = 0.0
627       
628    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
629!
630!-- Initialize model variables
631    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
632         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
633!
634!--    First model run of a possible job queue.
635!--    Initial profiles of the variables must be computes.
636       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
637
638          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
639!
640!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
641!--       start 1D model
642          CALL init_1d_model
643!
644!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
645          DO  i = nxlg, nxrg
646             DO  j = nysg, nyng
647                e(:,j,i)  = e1d
648                kh(:,j,i) = kh1d
649                km(:,j,i) = km1d
650                pt(:,j,i) = pt_init
651                u(:,j,i)  = u1d
652                v(:,j,i)  = v1d
653             ENDDO
654          ENDDO
655
656          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
657             DO  i = nxlg, nxrg
658                DO  j = nysg, nyng
659                   q(:,j,i) = q_init
660                ENDDO
661             ENDDO
662             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
663                  precipitation )  THEN
664                DO  i = nxlg, nxrg
665                   DO  j = nysg, nyng
666                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
667                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
668                   ENDDO
669                ENDDO
670!
671!--             Initialze nc_1d with default value
672                nc_1d(:) = nc_const
673
674             ENDIF
675          ENDIF
676
677          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
678             DO  i = nxlg, nxrg
679                DO  j = nysg, nyng
680                   e(:,j,i)  = e1d
681                ENDDO
682             ENDDO
683!
684!--          Store initial profiles for output purposes etc.
685             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
686
687             IF ( prandtl_layer )  THEN
688                rif  = rif1d(nzb+1)
689                ts   = 0.0_wp  ! could actually be computed more accurately in the
690                               ! 1D model. Update when opportunity arises.
691                us   = us1d
692                usws = usws1d
693                vsws = vsws1d
694             ELSE
695                ts   = 0.0_wp  ! must be set, because used in
696                rif  = 0.0_wp  ! flowste
697                us   = 0.0_wp
698                usws = 0.0_wp
699                vsws = 0.0_wp
700             ENDIF
701
702          ELSE
703             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
704             rif  = 0.0_wp  ! flowste
705             ts   = 0.0_wp
706             us   = 0.0_wp
707             usws = 0.0_wp
708             vsws = 0.0_wp
709          ENDIF
710          uswst = top_momentumflux_u
711          vswst = top_momentumflux_v
712
713!
714!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
715!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
716!--       Update when opportunity arises!
717          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
718             qs = 0.0_wp
719             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.              &
720                  precipitation )  THEN
721                qrs = 0.0_wp
722                nrs = 0.0_wp
723             ENDIF
724          ENDIF
725
726!
727!--       inside buildings set velocities back to zero
728          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
729             DO  i = nxl-1, nxr+1
730                DO  j = nys-1, nyn+1
731                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
732                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
733                ENDDO
734             ENDDO
735             
736!
737!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
738!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
739!--                   below the topography; need to correct later
740!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
741!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
742!--                     the topography.
743             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
744!
745!--             Neumann condition
746                DO  i = nxl-1, nxr+1
747                   DO  j = nys-1, nyn+1
748                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
749                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
750                   ENDDO
751                ENDDO
752
753             ENDIF
754
755          ENDIF
756
757          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
758
759       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
760       THEN
761
762          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
763!
764!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
765          IF ( nudging ) THEN
766             pt_init = ptnudge(:,1)
767             u_init  = unudge(:,1)
768             v_init  = vnudge(:,1)
769             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
770                q_init = qnudge(:,1)
771             ENDIF
772
773             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ', &
774                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
775             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
776          ENDIF
777
778!
779!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
780!--       temperature profile with constant gradient)
781          DO  i = nxlg, nxrg
782             DO  j = nysg, nyng
783                pt(:,j,i) = pt_init
784                u(:,j,i)  = u_init
785                v(:,j,i)  = v_init
786             ENDDO
787          ENDDO
788
789!
790!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
791!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
792!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
793!--       in the limiting formula!). The original values are stored to be later
794!--       used for volume flow control.
795          IF ( ibc_uv_b /= 1 .AND. ( .NOT. bc_lr_dirrad .AND.                 &
796                                     .NOT. bc_lr_raddir .AND.                 &
797                                     .NOT. bc_ns_dirrad .AND.                 &
798                                     .NOT. bc_ns_raddir ) )  THEN   
799             DO  i = nxlg, nxrg
800                DO  j = nysg, nyng
801                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
802                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
803                ENDDO
804             ENDDO
805          ENDIF
806
807          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
808             DO  i = nxlg, nxrg
809                DO  j = nysg, nyng
810                   q(:,j,i) = q_init
811                ENDDO
812             ENDDO
813             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0 )  THEN
814!
815!--             Initialze nc_1d with default value
816                nc_1d(:) = nc_const
817
818                IF ( precipitation )  THEN
819                   DO  i = nxlg, nxrg
820                      DO  j = nysg, nyng
821                         qr(:,j,i) = 0.0_wp
822                         nr(:,j,i) = 0.0_wp
823                      ENDDO
824                   ENDDO
825                ENDIF
826
827             ENDIF
828          ENDIF
829
830          IF ( ocean )  THEN
831             DO  i = nxlg, nxrg
832                DO  j = nysg, nyng
833                   sa(:,j,i) = sa_init
834                ENDDO
835             ENDDO
836          ENDIF
837         
838          IF ( constant_diffusion )  THEN
839             km   = km_constant
840             kh   = km / prandtl_number
841             e    = 0.0_wp
842          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
843             DO  k = nzb+1, nzt
844                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
845             ENDDO
846             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
847             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
848             kh   = km / prandtl_number
849             e    = e_init
850          ELSE
851             IF ( .NOT. ocean )  THEN
852                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
853                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
854                              ! production terms, as long as not yet
855                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
856             ELSE
857                kh   = 0.00001_wp
858                km   = 0.00001_wp
859             ENDIF
860             e    = 0.0_wp
861          ENDIF
862          rif   = 0.0_wp
863          ts    = 0.0_wp
864          us    = 0.0_wp
865          usws  = 0.0_wp
866          uswst = top_momentumflux_u
867          vsws  = 0.0_wp
868          vswst = top_momentumflux_v
869          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0_wp
870
871!
872!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
873!--       of a sloping surface
874          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
875
876          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
877
878       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
879       THEN
880
881          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
882!
883!--       Initialization will completely be done by the user
884          CALL user_init_3d_model
885
886          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
887
888       ENDIF
889
890       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
891                              .FALSE. )
892
893!
894!--    Bottom boundary
895       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
896          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
897          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
898       ENDIF
899
900!
901!--    Apply channel flow boundary condition
902       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
903          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
904          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
905       ENDIF
906
907!
908!--    Calculate virtual potential temperature
909       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
910
911!
912!--    Store initial profiles for output purposes etc.
913       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
914       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
915       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
916          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
917          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
918       ENDIF
919       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
920       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
921       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
922
923       IF ( ocean )  THEN
924!
925!--       Store initial salinity profile
926          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
927       ENDIF
928
929       IF ( humidity )  THEN
930!
931!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
932!--       temperature
933          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
934          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
935          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
936!
937!--          Store initial profile of specific humidity and potential
938!--          temperature
939             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
940             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
941          ENDIF
942       ENDIF
943
944       IF ( passive_scalar )  THEN
945!
946!--       Store initial scalar profile
947          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
948       ENDIF
949
950!
951!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
952       CALL random_function_ini
953       
954       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
955!--       Asigning an ID to every vertical gridpoint column
956!--       dependig on the ensemble run number.
957          random_dummy=1
958          DO j=0,ny
959             DO i=0,nx
960                id_random_array(j,i) = random_dummy + 1E6 * ( ensemble_member_nr - 1000 )
961                random_dummy = random_dummy + 1
962             END DO
963          ENDDO
964!--       Initializing with random_seed_parallel for every vertical
965!--       gridpoint column.
966          random_dummy=0
967          DO j = nysg, nyng
968             DO i = nxlg, nxrg
969                CALL random_seed_parallel (random_sequence=id_random_array(j, i))
970                CALL random_number_parallel (random_dummy)
971                CALL random_seed_parallel (get=seq_random_array(:, j, i))
972             END DO
973          ENDDO
974       ENDIF
975
976!
977!--    Initialize fluxes at bottom surface
978       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
979
980          IF ( constant_heatflux )  THEN
981!
982!--          Heat flux is prescribed
983             IF ( random_heatflux )  THEN
984                CALL disturb_heatflux
985             ELSE
986                shf = surface_heatflux
987!
988!--             Initialize shf with data from external file LSF_DATA
989                IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf ) THEN
990                   CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
991                ENDIF
992
993!
994!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
995                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
996                   DO  i = nxlg, nxrg
997                      DO  j = nysg, nyng
998                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
999                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
1000                         ENDIF
1001                      ENDDO
1002                   ENDDO
1003                ENDIF
1004             ENDIF
1005          ENDIF
1006
1007!
1008!--       Determine the near-surface water flux
1009          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1010             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1011                  precipitation )  THEN
1012                qrsws = 0.0_wp
1013                nrsws = 0.0_wp
1014             ENDIF
1015             IF ( constant_waterflux )  THEN
1016                qsws   = surface_waterflux
1017!
1018!--             Over topography surface_waterflux is replaced by
1019!--             wall_humidityflux(0)
1020                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
1021                   wall_qflux = wall_humidityflux
1022                   DO  i = nxlg, nxrg
1023                      DO  j = nysg, nyng
1024                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1025                            qsws(j,i) = wall_qflux(0)
1026                         ENDIF
1027                      ENDDO
1028                   ENDDO
1029                ENDIF
1030             ENDIF
1031          ENDIF
1032
1033       ENDIF
1034
1035!
1036!--    Initialize fluxes at top surface
1037!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
1038!--    The latent flux is zero in this case!
1039       IF ( use_top_fluxes )  THEN
1040
1041          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
1042!
1043!--          Heat flux is prescribed
1044             tswst = top_heatflux
1045
1046             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1047                qswst = 0.0_wp
1048                IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1049                     precipitation ) THEN
1050                   nrswst = 0.0_wp
1051                   qrswst = 0.0_wp
1052                ENDIF
1053             ENDIF
1054
1055             IF ( ocean )  THEN
1056                saswsb = bottom_salinityflux
1057                saswst = top_salinityflux
1058             ENDIF
1059          ENDIF
1060
1061!
1062!--       Initialization in case of a coupled model run
1063          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
1064             tswst = 0.0_wp
1065          ENDIF
1066
1067       ENDIF
1068
1069!
1070!--    Initialize Prandtl layer quantities
1071       IF ( prandtl_layer )  THEN
1072
1073          z0 = roughness_length
1074          z0h = z0h_factor * z0
1075
1076          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
1077!
1078!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
1079!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
1080!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
1081!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
1082!--          value in the course of the first few time steps.
1083             shf   = 0.0_wp
1084          ENDIF
1085
1086          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1087             IF ( .NOT. constant_waterflux )  qsws   = 0.0_wp
1088             IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1089                  precipitation )  THEN
1090                qrsws = 0.0_wp
1091                nrsws = 0.0_wp
1092             ENDIF
1093          ENDIF
1094
1095       ENDIF
1096
1097!
1098!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1099!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1100       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1101          IF ( .NOT. humidity )  THEN
1102             ref_state(:) = pt_reference
1103          ELSE
1104             ref_state(:) = vpt_reference
1105          ENDIF
1106       ELSE
1107          IF ( .NOT. humidity )  THEN
1108             ref_state(:) = pt_init(:)
1109          ELSE
1110             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1111          ENDIF
1112       ENDIF
1113
1114!
1115!--    For the moment, vertical velocity is zero
1116       w = 0.0_wp
1117
1118!
1119!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1120       sums = 0.0_wp
1121
1122!
1123!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1124       IF ( psolver == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
1125
1126!
1127!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1128!--    are zero at beginning of the simulation
1129       IF ( cloud_physics )  THEN
1130          ql = 0.0_wp
1131          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0_wp
1132          IF ( icloud_scheme == 0 )  THEN
1133             qc = 0.0_wp
1134             nc_1d = nc_const
1135          ENDIF
1136       ENDIF
1137!
1138!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1139       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1140          CALL init_rankine
1141       ENDIF
1142
1143!
1144!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1145       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1146          CALL init_pt_anomaly
1147       ENDIF
1148
1149!
1150!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1151       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1152          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1153       ENDIF
1154
1155!
1156!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1157!--    run
1158       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
1159            q_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1160          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1161       ENDIF
1162
1163!
1164!--    Initialize old and new time levels.
1165       te_m = 0.0_wp; tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1166       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1167
1168       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1169          tq_m = 0.0_wp
1170          q_p = q
1171          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1172               precipitation )  THEN
1173             tqr_m = 0.0_wp
1174             qr_p = qr
1175             tnr_m = 0.0_wp
1176             nr_p = nr
1177          ENDIF
1178       ENDIF
1179
1180       IF ( ocean )  THEN
1181          tsa_m = 0.0_wp
1182          sa_p  = sa
1183       ENDIF
1184       
1185       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1186
1187    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
1188         TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  &
1189    THEN
1190
1191       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1192                              .FALSE. )
1193!
1194!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1195!--    some of the global variables from the restart file which are required
1196!--    for initializing the inflow
1197       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1198
1199          DO  i = 0, io_blocks-1
1200             IF ( i == io_group )  THEN
1201                CALL read_parts_of_var_list
1202                CALL close_file( 13 )
1203             ENDIF
1204#if defined( __parallel )
1205             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1206#endif
1207          ENDDO
1208
1209       ENDIF
1210
1211!
1212!--    Read binary data from restart file
1213       DO  i = 0, io_blocks-1
1214          IF ( i == io_group )  THEN
1215             CALL read_3d_binary
1216          ENDIF
1217#if defined( __parallel )
1218          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1219#endif
1220       ENDDO
1221
1222!
1223!--    Initialization of the turbulence recycling method
1224       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.  &
1225            turbulent_inflow )  THEN
1226!
1227!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1228!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1229!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1230!--       for u,v-components can be used.
1231          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
1232
1233          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1234             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1235             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1236          ELSE
1237             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1238             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1239          ENDIF
1240          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1241          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
1242
1243!
1244!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1245!--       profiles
1246          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1247             DO  i = nxlg, nxrg
1248                DO  j = nysg, nyng
1249                   DO  k = nzb, nzt+1
1250                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1251                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1252                   ENDDO
1253                ENDDO
1254             ENDDO
1255          ENDIF
1256
1257!
1258!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1259!--       conditions are used)
1260          IF ( inflow_l )  THEN
1261             DO  j = nysg, nyng
1262                DO  k = nzb, nzt+1
1263                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1264                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1265                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
1266                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1267                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
1268                ENDDO
1269             ENDDO
1270          ENDIF
1271
1272!
1273!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1274!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1275!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1276!--       in time.
1277          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
1278!
1279!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1280!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1281!--          specified.
1282             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
1283                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1284             ELSE
1285                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',&
1286                     'explicitly specified because&the inversion height ', &
1287                     'calculated by the prerun is zero.'
1288                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1289             ENDIF
1290
1291          ENDIF
1292
1293          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
1294!
1295!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1296!--          layer
1297             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
1298
1299          ENDIF
1300
1301          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1302
1303          DO  k = nzb, nzt+1
1304
1305             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1306                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
1307             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1308                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
1309                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1310                                           inflow_damping_width
1311             ELSE
1312                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
1313             ENDIF
1314
1315          ENDDO
1316
1317       ENDIF
1318
1319!
1320!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
1321       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.  &
1322            topography /= 'flat' )  THEN
1323!
1324!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1325!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1326!--       maybe revise later.
1327          DO  i = nxlg, nxrg
1328             DO  j = nysg, nyng
1329                u  (nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1330                v  (nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1331                w  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1332                e  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1333                tu_m(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1334                tv_m(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1335                tw_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1336                te_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1337                tpt_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
1338             ENDDO
1339          ENDDO
1340
1341       ENDIF
1342
1343!
1344!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1345!--    of a sloping surface
1346       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1347
1348!
1349!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1350!--    including ghost points)
1351       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1352       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1353          q_p = q
1354          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1355               precipitation )  THEN
1356             qr_p = qr
1357             nr_p = nr
1358          ENDIF
1359       ENDIF
1360       IF ( ocean )  sa_p = sa
1361
1362!
1363!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1364!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1365!--    there before they are set.
1366       te_m = 0.0_wp; tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1367       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1368          tq_m = 0.0_wp
1369          IF ( cloud_physics  .AND.  icloud_scheme == 0  .AND.  &
1370               precipitation )  THEN
1371             tqr_m = 0.0_wp
1372             tnr_m = 0.0_wp
1373          ENDIF
1374       ENDIF
1375       IF ( ocean )  tsa_m = 0.0_wp
1376
1377       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1378
1379    ELSE
1380!
1381!--    Actually this part of the programm should not be reached
1382       message_string = 'unknown initializing problem'
1383       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1384    ENDIF
1385
1386
1387    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1388!
1389!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1390       IF ( outflow_l )  THEN
1391          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1392          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1393          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1394       ENDIF
1395       IF ( outflow_r )  THEN
1396          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1397          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1398          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1399       ENDIF
1400       IF ( outflow_s )  THEN
1401          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1402          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1403          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1404       ENDIF
1405       IF ( outflow_n )  THEN
1406          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1407          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1408          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1409       ENDIF
1410       
1411    ENDIF
1412
1413!
1414!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1415    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1416
1417       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1418
1419          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1420          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1421
1422          IF ( nxr == nx )  THEN
1423             DO  j = nys, nyn
1424                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1425                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1426                                              u_init(k) * dzw(k)
1427                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1428                ENDDO
1429             ENDDO
1430          ENDIF
1431         
1432          IF ( nyn == ny )  THEN
1433             DO  i = nxl, nxr
1434                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1435                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1436                                              v_init(k) * dzw(k)
1437                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1438                ENDDO
1439             ENDDO
1440          ENDIF
1441
1442#if defined( __parallel )
1443          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1444                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1445          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1446                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1447
1448#else
1449          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1450          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1451#endif 
1452
1453       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1454
1455          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1456          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1457
1458          IF ( nxr == nx )  THEN
1459             DO  j = nys, nyn
1460                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1461                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1462                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)
1463                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1464                ENDDO
1465             ENDDO
1466          ENDIF
1467         
1468          IF ( nyn == ny )  THEN
1469             DO  i = nxl, nxr
1470                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1471                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1472                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)
1473                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1474                ENDDO
1475             ENDDO
1476          ENDIF
1477
1478#if defined( __parallel )
1479          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1480                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1481          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1482                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1483
1484#else
1485          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1486          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1487#endif 
1488
1489       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1490
1491          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1492          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1493
1494          IF ( nxr == nx )  THEN
1495             DO  j = nys, nyn
1496                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1497                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1498                                              u(k,j,nx) * dzw(k)
1499                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1500                ENDDO
1501             ENDDO
1502          ENDIF
1503         
1504          IF ( nyn == ny )  THEN
1505             DO  i = nxl, nxr
1506                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1507                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1508                                              v(k,ny,i) * dzw(k)
1509                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1510                ENDDO
1511             ENDDO
1512          ENDIF
1513
1514#if defined( __parallel )
1515          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1516                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1517          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1518                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1519
1520#else
1521          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1522          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1523#endif 
1524
1525       ENDIF
1526
1527!
1528!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1529!--    from u|v_bulk instead
1530       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1531          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1532          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1533       ENDIF
1534
1535    ENDIF
1536
1537!
1538!-- Initialize quantities for special advections schemes
1539    CALL init_advec
1540
1541!
1542!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1543!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
1544    IF ( create_disturbances .AND. &
1545         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
1546         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1547
1548       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
1549       CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
1550       CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
1551       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1552
1553       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
1554       n_sor = nsor_ini
1555       !$acc data copyin( d, ddzu, ddzw, nzb_s_inner, nzb_u_inner )            &
1556       !$acc      copyin( nzb_v_inner, nzb_w_inner, p, rflags_s_inner, tend )  &
1557       !$acc      copyin( weight_pres, weight_substep )                        &
1558       !$acc      copy( tri, tric, u, v, w )
1559       CALL pres
1560       !$acc end data
1561       n_sor = nsor
1562       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1563
1564    ENDIF
1565
1566!
1567!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
1568    IF ( plant_canopy )  CALL init_plant_canopy
1569
1570!
1571!-- If required, initialize dvrp-software
1572    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
1573
1574    IF ( ocean )  THEN
1575!
1576!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1577       CALL init_ocean
1578
1579    ELSE
1580!
1581!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1582!--    This routine must be called before lpm_init, because
1583!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1584!--    lpm_init) is not defined.
1585       CALL init_cloud_physics
1586    ENDIF
1587
1588!
1589!-- If required, initialize particles
1590    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
1591
1592
1593!
1594!-- If required, initialize radiation model
1595    IF ( radiation )  THEN
1596       CALL init_radiation
1597    ENDIF
1598
1599!
1600!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
1601    IF ( land_surface )  THEN
1602       CALL init_lsm
1603    ENDIF
1604
1605!
1606!-- Initialize the ws-scheme.   
1607    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
1608
1609!
1610!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
1611!-- and turbulent quantities from the RK substeps               
1612    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1613
1614       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
1615       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
1616       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
1617
1618       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
1619       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
1620       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
1621
1622    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1623
1624       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
1625       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
1626         
1627       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
1628       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
1629
1630    ELSE                                     ! for Euler-method
1631
1632       weight_substep(1) = 1.0_wp     
1633       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
1634
1635    ENDIF
1636
1637!
1638!-- Initialize Rayleigh damping factors
1639    rdf    = 0.0_wp
1640    rdf_sc = 0.0_wp
1641    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
1642       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1643          DO  k = nzb+1, nzt
1644             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1645                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1646                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
1647                                         / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
1648                      )**2
1649             ENDIF
1650          ENDDO
1651       ELSE
1652          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1653             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1654                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1655                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
1656                                         / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
1657                      )**2
1658             ENDIF
1659          ENDDO
1660       ENDIF
1661    ENDIF
1662    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
1663
1664!
1665!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1666!-- the external pressure gradient
1667    dp_smooth_factor = 1.0_wp
1668    IF ( dp_external )  THEN
1669!
1670!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1671!--    (e.g. in init_grid).
1672       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1673          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1674          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1675                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1676       ENDIF
1677       IF ( dp_smooth )  THEN
1678          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
1679          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1680             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
1681                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
1682                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
1683          ENDDO
1684       ENDIF
1685    ENDIF
1686
1687!
1688!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1689!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1690!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
1691    ptdf_x = 0.0_wp
1692    ptdf_y = 0.0_wp
1693    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
1694       DO  i = nxl, nxr
1695          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
1696             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
1697                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
1698                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp )            ) ) )**2 
1699          ENDIF
1700       ENDDO
1701    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
1702       DO  i = nxl, nxr
1703          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
1704             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
1705                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1706                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
1707                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1708          ENDIF
1709       ENDDO 
1710    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
1711       DO  j = nys, nyn
1712          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
1713             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
1714                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1715                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
1716                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1717          ENDIF
1718       ENDDO 
1719    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
1720       DO  j = nys, nyn
1721          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
1722             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
1723                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1724                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
1725                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1726          ENDIF
1727       ENDDO
1728    ENDIF
1729
1730!
1731!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1732!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1733!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1734!-- are never initialized)
1735    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1736    sums_divold_l      = 0.0_wp
1737    sums_l_l           = 0.0_wp
1738    sums_up_fraction_l = 0.0_wp
1739    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
1740
1741!
1742!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1743!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
1744!-- would bias the statistics
1745    rmask = 1.0_wp
1746    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
1747    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
1748
1749!
1750!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1751!-- of allowed timeseries is exceeded
1752    CALL user_init
1753
1754    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1755       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds', &
1756                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,    &
1757                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1758       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
1759    ENDIF
1760
1761!
1762!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1763!-- after call of user_init!
1764    CALL close_file( 13 )
1765
1766!
1767!-- Compute total sum of active mask grid points
1768!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1769!--          total domain
1770!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1771    ngp_2dh_outer_l   = 0
1772    ngp_2dh_outer     = 0
1773    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1774    ngp_2dh_s_inner   = 0
1775    ngp_2dh_l         = 0
1776    ngp_2dh           = 0
1777    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
1778    ngp_3d_inner      = 0
1779    ngp_3d            = 0
1780    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1781
1782    DO  sr = 0, statistic_regions
1783       DO  i = nxl, nxr
1784          DO  j = nys, nyn
1785             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
1786!
1787!--             All xy-grid points
1788                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1789!
1790!--             xy-grid points above topography
1791                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1792                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1793                ENDDO
1794                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1795                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1796                ENDDO
1797!
1798!--             All grid points of the total domain above topography
1799                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1800                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1801             ENDIF
1802          ENDDO
1803       ENDDO
1804    ENDDO
1805
1806    sr = statistic_regions + 1
1807#if defined( __parallel )
1808    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1809    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,   &
1810                        comm2d, ierr )
1811    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1812    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,  &
1813                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1814    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1815    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),         &
1816                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1817    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1818    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL, &
1819                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1820    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1821#else
1822    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1823    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1824    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1825    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1826#endif
1827
1828    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
1829             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1830
1831!
1832!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1833!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1834!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1835    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
1836    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),            &
1837                           ngp_3d_inner(:) )
1838    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
1839
1840    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
1841
1842    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
1843
1844 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.