source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 175

Last change on this file since 175 was 163, checked in by raasch, 16 years ago

bugfixes for turbulent inflow in init_pegrid, inflow_turbulence, and init_3d_model

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 48.5 KB
Line 
1#if defined( __ibmy_special )
2@PROCESS NOOPTimize
3#endif
4 SUBROUTINE init_3d_model
5
6!------------------------------------------------------------------------------!
7! Actual revisions:
8! -----------------
9! Further amendments to and modifications in the initialisation of the plant
10! canopy model
11! Allocation of hom_sum moved to parin, initialization of spectrum_x|y directly
12! after allocating theses arrays,
13! read data for recycling added as new initialization option
14!
15! Former revisions:
16! -----------------
17! $Id: init_3d_model.f90 163 2008-05-05 14:09:05Z steinfeld $
18!
19! 138 2007-11-28 10:03:58Z letzel
20! New counter ngp_2dh_s_inner.
21! Allow new case bc_uv_t = 'dirichlet_0' for channel flow.
22! Corrected calculation of initial volume flow for 'set_1d-model_profiles' and
23! 'set_constant_profiles' in case of buildings in the reference cross-sections.
24!
25! 108 2007-08-24 15:10:38Z letzel
26! Flux initialization in case of coupled runs, +momentum fluxes at top boundary,
27! +arrays for phase speed c_u, c_v, c_w, indices for u|v|w_m_l|r changed
28! +qswst_remote in case of atmosphere model with humidity coupled to ocean
29! Rayleigh damping for ocean, optionally calculate km and kh from initial
30! TKE e_init
31!
32! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
33! Initialization of salinity, call of init_ocean
34!
35! 87 2007-05-22 15:46:47Z raasch
36! var_hom and var_sum renamed pr_palm
37!
38! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
39! Arrays for radiation boundary conditions are allocated (u_m_l, u_m_r, etc.),
40! bugfix for cases with the outflow damping layer extending over more than one
41! subdomain, moisture renamed humidity,
42! new initializing action "by_user" calls user_init_3d_model,
43! precipitation_amount/rate, ts_value are allocated, +module netcdf_control,
44! initial velocities at nzb+1 are regarded for volume
45! flow control in case they have been set zero before (to avoid small timesteps)
46! -uvmean_outflow, uxrp, vynp eliminated
47!
48! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
49! +handling of top fluxes
50!
51! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
52!
53! Revision 1.49  2006/08/22 15:59:07  raasch
54! No optimization of this file on the ibmy (Yonsei Univ.)
55!
56! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
57! Initial revision
58!
59!
60! Description:
61! ------------
62! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
63! a) pre-run the 1D model
64! or
65! b) pre-set constant linear profiles
66! or
67! c) read values of a previous run
68!------------------------------------------------------------------------------!
69
70    USE arrays_3d
71    USE averaging
72    USE cloud_parameters
73    USE constants
74    USE control_parameters
75    USE cpulog
76    USE indices
77    USE interfaces
78    USE model_1d
79    USE netcdf_control
80    USE particle_attributes
81    USE pegrid
82    USE profil_parameter
83    USE random_function_mod
84    USE statistics
85
86    IMPLICIT NONE
87
88    INTEGER ::  i, j, k, sr
89
90    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_l, ngp_3d_inner_l
91
92    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l,  &
93         ngp_2dh_s_inner_l
94
95    REAL ::  a, b
96
97    REAL, DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l, volume_flow_initial_l
98
99
100!
101!-- Allocate arrays
102    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
103              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
104              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
105              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
106              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
107              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
108    ALLOCATE( rdf(nzb+1:nzt) )
109    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
110              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
111              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
112              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
113              rmask(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,0:statistic_regions),           &
114              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
115              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
116              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
117              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
118              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
119              ts_value(var_ts,0:statistic_regions) )
120    ALLOCATE( km_damp_x(nxl-1:nxr+1), km_damp_y(nys-1:nyn+1) )
121
122    ALLOCATE( rif_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), shf_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
123              ts(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), tswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
124              us(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), usws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
125              uswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                               &
126              vsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                                &
127              vswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), z0(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
128
129    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
130!
131!--    Leapfrog scheme needs two timelevels of diffusion quantities
132       ALLOCATE( rif_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
133                 shf_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
134                 tswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
135                 usws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
136                 uswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
137                 vswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
138                 vsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
139    ENDIF
140
141    ALLOCATE( d(nzb+1:nzta,nys:nyna,nxl:nxra),         &
142              e_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
143              e_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
144              e_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
145              kh_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
146              km_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
147              p(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),    &
148              pt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
149              pt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
150              pt_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
151              tend(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
152              u_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
153              u_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
154              u_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
155              v_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
156              v_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
157              v_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
158              w_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
159              w_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
160              w_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
161
162    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
163       ALLOCATE( kh_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
164                 km_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
165    ENDIF
166
167    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
168!
169!--    2D-humidity/scalar arrays
170       ALLOCATE ( qs(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),     &
171                  qsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
172                  qswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
173
174       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
175          ALLOCATE( qsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
176                    qswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
177       ENDIF
178!
179!--    3D-humidity/scalar arrays
180       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
181                 q_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
182                 q_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
183
184!
185!--    3D-arrays needed for humidity only
186       IF ( humidity )  THEN
187          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
188
189          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
190             ALLOCATE( vpt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
191          ENDIF
192
193          IF ( cloud_physics ) THEN
194!
195!--          Liquid water content
196             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
197!
198!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
199             ALLOCATE( precipitation_amount(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
200                       precipitation_rate(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
201          ENDIF
202
203          IF ( cloud_droplets )  THEN
204!
205!--          Liquid water content, change in liquid water content,
206!--          real volume of particles (with weighting), volume of particles
207             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
208                        ql_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
209                        ql_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
210                        ql_vp(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
211          ENDIF
212
213       ENDIF
214
215    ENDIF
216
217    IF ( ocean )  THEN
218       ALLOCATE( saswsb_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
219                 saswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
220       ALLOCATE( rho_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
221                 sa_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
222                 sa_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
223                 sa_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
224       rho => rho_1  ! routine calc_mean_profile requires density to be a
225                     ! pointer
226       IF ( humidity_remote )  THEN
227          ALLOCATE( qswst_remote(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
228          qswst_remote = 0.0
229       ENDIF
230    ENDIF
231
232!
233!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
234!-- particle velocities
235    IF ( use_sgs_for_particles )  THEN
236       ALLOCATE ( diss(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
237    ENDIF
238
239    IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
240       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
241                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
242       spectrum_x = 0.0
243       spectrum_y = 0.0
244    ENDIF
245
246!
247!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
248    IF ( plant_canopy ) THEN
249       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
250                  lad_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
251                  lad_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
252                  lad_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
253                  cdc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
254
255       IF ( passive_scalar ) THEN
256          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
257                     sec(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ) 
258       ENDIF
259
260       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
261          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
262                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
263       ENDIF
264
265    ENDIF
266
267!
268!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
269    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
270       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,1:4) )
271       rif_wall = 0.0
272    ENDIF
273
274!
275!-- Velocities at nzb+1 needed for volume flow control
276    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
277       ALLOCATE( u_nzb_p1_for_vfc(nys:nyn), v_nzb_p1_for_vfc(nxl:nxr) )
278       u_nzb_p1_for_vfc = 0.0
279       v_nzb_p1_for_vfc = 0.0
280    ENDIF
281
282!
283!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
284!-- are needed for radiation boundary conditions
285    IF ( outflow_l )  THEN
286       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,1:2), &
287                 v_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1), &
288                 w_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1) )
289    ENDIF
290    IF ( outflow_r )  THEN
291       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
292                 v_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
293                 w_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx) )
294    ENDIF
295    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
296       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), c_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), &
297                 c_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1) )
298    ENDIF
299    IF ( outflow_s )  THEN
300       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1), &
301                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxl-1:nxr+1), &
302                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1) )
303    ENDIF
304    IF ( outflow_n )  THEN
305       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
306                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
307                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1) )
308    ENDIF
309    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
310       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), c_v(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), &
311                 c_w(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1) )
312    ENDIF
313
314!
315!-- Initial assignment of the pointers
316    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
317
318       rif_m   => rif_1;    rif   => rif_2
319       shf_m   => shf_1;    shf   => shf_2
320       tswst_m => tswst_1;  tswst => tswst_2
321       usws_m  => usws_1;   usws  => usws_2
322       uswst_m => uswst_1;  uswst => uswst_2
323       vsws_m  => vsws_1;   vsws  => vsws_2
324       vswst_m => vswst_1;  vswst => vswst_2
325       e_m  => e_1;   e  => e_2;   e_p  => e_3;   te_m  => e_3
326       kh_m => kh_1;  kh => kh_2
327       km_m => km_1;  km => km_2
328       pt_m => pt_1;  pt => pt_2;  pt_p => pt_3;  tpt_m => pt_3
329       u_m  => u_1;   u  => u_2;   u_p  => u_3;   tu_m  => u_3
330       v_m  => v_1;   v  => v_2;   v_p  => v_3;   tv_m  => v_3
331       w_m  => w_1;   w  => w_2;   w_p  => w_3;   tw_m  => w_3
332
333       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
334          qsws_m  => qsws_1;   qsws  => qsws_2
335          qswst_m => qswst_1;  qswst => qswst_2
336          q_m    => q_1;     q    => q_2;     q_p => q_3;     tq_m => q_3
337          IF ( humidity )        vpt_m  => vpt_1;   vpt  => vpt_2
338          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
339          IF ( cloud_droplets )  THEN
340             ql   => ql_1
341             ql_c => ql_2
342          ENDIF
343       ENDIF
344
345    ELSE
346
347       rif   => rif_1
348       shf   => shf_1
349       tswst => tswst_1
350       usws  => usws_1
351       uswst => uswst_1
352       vsws  => vsws_1
353       vswst => vswst_1
354       e     => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3;   e_m  => e_3
355       kh    => kh_1
356       km    => km_1
357       pt    => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3;  pt_m => pt_3
358       u     => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3;   u_m  => u_3
359       v     => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3;   v_m  => v_3
360       w     => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3;   w_m  => w_3
361
362       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
363          qsws   => qsws_1
364          qswst  => qswst_1
365          q      => q_1;     q_p  => q_2;     tq_m  => q_3;    q_m => q_3
366          IF ( humidity )        vpt  => vpt_1
367          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
368          IF ( cloud_droplets )  THEN
369             ql   => ql_1
370             ql_c => ql_2
371          ENDIF
372       ENDIF
373
374       IF ( ocean )  THEN
375          saswsb => saswsb_1
376          saswst => saswst_1
377          sa     => sa_1;    sa_p => sa_2;    tsa_m => sa_3
378       ENDIF
379
380    ENDIF
381
382!
383!-- Initialize model variables
384    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
385         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_data_for_recycling' )  THEN
386!
387!--    First model run of a possible job queue.
388!--    Initial profiles of the variables must be computes.
389       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
390!
391!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
392!--       start 1D model
393          CALL init_1d_model
394!
395!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
396          DO  i = nxl-1, nxr+1
397             DO  j = nys-1, nyn+1
398                e(:,j,i)  = e1d
399                kh(:,j,i) = kh1d
400                km(:,j,i) = km1d
401                pt(:,j,i) = pt_init
402                u(:,j,i)  = u1d
403                v(:,j,i)  = v1d
404             ENDDO
405          ENDDO
406
407          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
408             DO  i = nxl-1, nxr+1
409                DO  j = nys-1, nyn+1
410                   q(:,j,i) = q_init
411                ENDDO
412             ENDDO
413          ENDIF
414
415          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
416             DO  i = nxl-1, nxr+1
417                DO  j = nys-1, nyn+1
418                   e(:,j,i)  = e1d
419                ENDDO
420             ENDDO
421!
422!--          Store initial profiles for output purposes etc.
423             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
424
425             IF ( prandtl_layer )  THEN
426                rif  = rif1d(nzb+1)
427                ts   = 0.0  ! could actually be computed more accurately in the
428                            ! 1D model. Update when opportunity arises.
429                us   = us1d
430                usws = usws1d
431                vsws = vsws1d
432             ELSE
433                ts   = 0.0  ! must be set, because used in
434                rif  = 0.0  ! flowste
435                us   = 0.0
436                usws = 0.0
437                vsws = 0.0
438             ENDIF
439
440          ELSE
441             e    = 0.0  ! must be set, because used in
442             rif  = 0.0  ! flowste
443             ts   = 0.0
444             us   = 0.0
445             usws = 0.0
446             vsws = 0.0
447          ENDIF
448          uswst = top_momentumflux_u
449          vswst = top_momentumflux_v
450
451!
452!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
453!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
454!--       Update when opportunity arises!
455          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  qs = 0.0
456
457!
458!--       inside buildings set velocities back to zero
459          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
460             DO  i = nxl-1, nxr+1
461                DO  j = nys-1, nyn+1
462                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0
463                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0
464                ENDDO
465             ENDDO
466             IF ( conserve_volume_flow )  THEN
467                IF ( nxr == nx )  THEN
468                   DO  j = nys, nyn
469                      DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx)
470                         u_nzb_p1_for_vfc(j) = u1d(k) * dzu(k)
471                      ENDDO
472                   ENDDO
473                ENDIF
474                IF ( nyn == ny )  THEN
475                   DO  i = nxl, nxr
476                      DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i)
477                         v_nzb_p1_for_vfc(i) = v1d(k) * dzu(k)
478                      ENDDO
479                   ENDDO
480                ENDIF
481             ENDIF
482!
483!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
484!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
485!--                   below the topography; need to correct later
486!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
487!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
488!--                     the topography.
489             IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
490!
491!--             Satisfying the Dirichlet condition with an extra layer below
492!--             the surface where the u and v component change their sign.
493                DO  i = nxl-1, nxr+1
494                   DO  j = nys-1, nyn+1
495                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = -u(1,j,i)
496                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = -v(1,j,i)
497                   ENDDO
498                ENDDO
499
500             ELSE
501!
502!--             Neumann condition
503                DO  i = nxl-1, nxr+1
504                   DO  j = nys-1, nyn+1
505                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
506                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
507                   ENDDO
508                ENDDO
509
510             ENDIF
511
512          ENDIF
513
514       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
515       THEN
516!
517!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
518!--       temperature profile with constant gradient)
519          DO  i = nxl-1, nxr+1
520             DO  j = nys-1, nyn+1
521                pt(:,j,i) = pt_init
522                u(:,j,i)  = u_init
523                v(:,j,i)  = v_init
524             ENDDO
525          ENDDO
526
527!
528!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid levels
529!--       to zero in order to avoid too small time steps caused by the diffusion
530!--       limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs in the
531!--       limiting formula!). The original values are stored to be later used for
532!--       volume flow control.
533          DO  i = nxl-1, nxr+1
534             DO  j = nys-1, nyn+1
535                u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
536                v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
537             ENDDO
538          ENDDO
539          IF ( conserve_volume_flow )  THEN
540             IF ( nxr == nx )  THEN
541                DO  j = nys, nyn
542                   DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx) + 1
543                      u_nzb_p1_for_vfc(j) = u_init(k) * dzu(k)
544                   ENDDO
545                ENDDO
546             ENDIF
547             IF ( nyn == ny )  THEN
548                DO  i = nxl, nxr
549                   DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i) + 1
550                      v_nzb_p1_for_vfc(i) = v_init(k) * dzu(k)
551                   ENDDO
552                ENDDO
553             ENDIF
554          ENDIF
555
556          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
557             DO  i = nxl-1, nxr+1
558                DO  j = nys-1, nyn+1
559                   q(:,j,i) = q_init
560                ENDDO
561             ENDDO
562          ENDIF
563
564          IF ( ocean )  THEN
565             DO  i = nxl-1, nxr+1
566                DO  j = nys-1, nyn+1
567                   sa(:,j,i) = sa_init
568                ENDDO
569             ENDDO
570          ENDIF
571         
572          IF ( constant_diffusion )  THEN
573             km   = km_constant
574             kh   = km / prandtl_number
575             e    = 0.0
576          ELSEIF ( e_init > 0.0 )  THEN
577             DO  k = nzb+1, nzt
578                km(k,:,:) = 0.1 * l_grid(k) * SQRT( e_init )
579             ENDDO
580             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
581             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
582             kh   = km / prandtl_number
583             e    = e_init
584          ELSE
585             IF ( .NOT. ocean )  THEN
586                kh   = 0.01   ! there must exist an initial diffusion, because
587                km   = 0.01   ! otherwise no TKE would be produced by the
588                              ! production terms, as long as not yet
589                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
590             ELSE
591                kh   = 0.00001
592                km   = 0.00001
593             ENDIF
594             e    = 0.0
595          ENDIF
596          rif   = 0.0
597          ts    = 0.0
598          us    = 0.0
599          usws  = 0.0
600          uswst = top_momentumflux_u
601          vsws  = 0.0
602          vswst = top_momentumflux_v
603          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0
604
605!
606!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
607!--       of a sloping surface
608          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
609
610       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
611       THEN
612!
613!--       Initialization will completely be done by the user
614          CALL user_init_3d_model
615
616       ENDIF
617
618!
619!--    Apply channel flow boundary condition
620       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
621
622          u(nzt+1,:,:) = 0.0
623          v(nzt+1,:,:) = 0.0
624
625!--       For the Dirichlet condition to be correctly applied at the top, set
626!--       ug and vg to zero there
627          ug(nzt+1)    = 0.0
628          vg(nzt+1)    = 0.0
629
630       ENDIF
631
632!
633!--    Calculate virtual potential temperature
634       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0 + 0.61 * q )
635
636!
637!--    Store initial profiles for output purposes etc.
638       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
639       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
640       IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
641          hom(nzb,1,5,:) = -hom(nzb+1,1,5,:)  ! due to satisfying the Dirichlet
642          hom(nzb,1,6,:) = -hom(nzb+1,1,6,:)  ! condition with an extra layer
643              ! below the surface where the u and v component change their sign
644       ENDIF
645       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
646       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
647       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
648
649       IF ( ocean )  THEN
650!
651!--       Store initial salinity profile
652          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
653       ENDIF
654
655       IF ( humidity )  THEN
656!
657!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
658!--       temperature
659          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
660          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
661          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
662!
663!--          Store initial profile of specific humidity and potential
664!--          temperature
665             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
666             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
667          ENDIF
668       ENDIF
669
670       IF ( passive_scalar )  THEN
671!
672!--       Store initial scalar profile
673          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
674       ENDIF
675
676!
677!--    Initialize fluxes at bottom surface
678       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
679
680          IF ( constant_heatflux )  THEN
681!
682!--          Heat flux is prescribed
683             IF ( random_heatflux )  THEN
684                CALL disturb_heatflux
685             ELSE
686                shf = surface_heatflux
687!
688!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
689                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
690                   DO  i = nxl-1, nxr+1
691                      DO  j = nys-1, nyn+1
692                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
693                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
694                         ENDIF
695                      ENDDO
696                   ENDDO
697                ENDIF
698             ENDIF
699             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = shf
700          ENDIF
701
702!
703!--       Determine the near-surface water flux
704          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
705             IF ( constant_waterflux )  THEN
706                qsws   = surface_waterflux
707                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )  qsws_m = qsws
708             ENDIF
709          ENDIF
710
711       ENDIF
712
713!
714!--    Initialize fluxes at top surface
715!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
716!--    The latent flux is zero in this case!
717       IF ( use_top_fluxes )  THEN
718
719          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
720!
721!--          Heat flux is prescribed
722             tswst = top_heatflux
723             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
724
725             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
726                qswst = 0.0
727                IF ( ASSOCIATED( qswst_m ) )  qswst_m = qswst
728             ENDIF
729
730             IF ( ocean )  THEN
731                saswsb = bottom_salinityflux
732                saswst = top_salinityflux
733             ENDIF
734          ENDIF
735
736!
737!--       Initialization in case of a coupled model run
738          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
739             tswst = 0.0
740             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
741          ENDIF
742
743       ENDIF
744
745!
746!--    Initialize Prandtl layer quantities
747       IF ( prandtl_layer )  THEN
748
749          z0 = roughness_length
750
751          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
752!
753!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
754!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
755!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
756!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
757!--          value in the course of the first few time steps.
758             shf   = 0.0
759             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = 0.0
760          ENDIF
761
762          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
763             IF ( .NOT. constant_waterflux )  THEN
764                qsws   = 0.0
765                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )   qsws_m = 0.0
766             ENDIF
767          ENDIF
768
769       ENDIF
770
771!
772!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
773       IF ( conserve_volume_flow )  THEN
774
775          volume_flow_initial_l = 0.0
776          volume_flow_area_l    = 0.0
777 
778          IF ( nxr == nx )  THEN
779             DO  j = nys, nyn
780                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
781                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
782                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
783                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
784                ENDDO
785!
786!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
787                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
788                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
789             ENDDO
790          ENDIF
791
792          IF ( nyn == ny )  THEN
793             DO  i = nxl, nxr
794                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
795                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
796                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
797                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
798                ENDDO
799!
800!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
801                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
802                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
803             ENDDO
804          ENDIF
805
806#if defined( __parallel )
807          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
808                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
809          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
810                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
811#else
812          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
813          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
814#endif 
815       ENDIF
816
817!
818!--    For the moment, perturbation pressure and vertical velocity are zero
819       p = 0.0; w = 0.0
820
821!
822!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
823       sums = 0.0
824
825!
826!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
827!--    are zero at beginning of the simulation
828       IF ( cloud_physics )  THEN
829          ql = 0.0
830          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0
831       ENDIF
832
833!
834!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
835       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
836          CALL init_rankine
837       ENDIF
838
839!
840!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
841       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
842          CALL init_pt_anomaly
843       ENDIF
844
845!
846!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
847       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
848          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
849       ENDIF
850
851!
852!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
853!--    run
854       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
855            q_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
856          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
857       ENDIF
858
859!
860!--    Initialize the random number generator (from numerical recipes)
861       CALL random_function_ini
862
863!
864!--    Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
865!--    remove the divergences from the velocity field
866       IF ( create_disturbances )  THEN
867          CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
868          CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
869          n_sor = nsor_ini
870          CALL pres
871          n_sor = nsor
872       ENDIF
873
874!
875!--    Once again set the perturbation pressure explicitly to zero in order to
876!--    assure that it does not generate any divergences in the first time step.
877!--    At t=0 the velocity field is free of divergence (as constructed above).
878!--    Divergences being created during a time step are not yet known and thus
879!--    cannot be corrected during the time step yet.
880       p = 0.0
881
882!
883!--    Initialize old and new time levels.
884       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
885          e_m = e; pt_m = pt; u_m = u; v_m = v; w_m = w; kh_m = kh; km_m = km
886       ELSE
887          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
888       ENDIF
889       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
890
891       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
892          IF ( ASSOCIATED( q_m ) )  q_m = q
893          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  tq_m = 0.0
894          q_p = q
895          IF ( humidity  .AND.  ASSOCIATED( vpt_m ) )  vpt_m = vpt
896       ENDIF
897
898       IF ( ocean )  THEN
899          tsa_m = 0.0
900          sa_p  = sa
901       ENDIF
902
903
904    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
905             TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  &
906    THEN
907!
908!--    When reading data for initializing the recycling method, first read
909!--    some of the global variables from restart file
910       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  THEN
911
912          WRITE (9,*) 'before read_parts_of_var_list'
913          CALL local_flush( 9 )
914          CALL read_parts_of_var_list
915          WRITE (9,*) 'after read_parts_of_var_list'
916          CALL local_flush( 9 )
917          CALL close_file( 13 )
918!
919!--       Store temporally and horizontally averaged vertical profiles to be
920!--       used as mean inflow profiles
921          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
922
923          mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
924          mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
925          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)    ! pt
926          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)    ! e
927
928!
929!--       Use these mean profiles for the inflow (provided that Dirichlet
930!--       conditions are used)
931          IF ( inflow_l )  THEN
932             DO  j = nys-1, nyn+1
933                DO  k = nzb, nzt+1
934                   u(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
935                   v(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
936                   w(k,j,-1)  = 0.0
937                   pt(k,j,-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
938                   e(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
939                ENDDO
940             ENDDO
941          ENDIF
942
943!
944!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
945!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
946!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
947!--       in time.
948          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9 )  THEN
949!
950!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun
951             inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
952
953          ENDIF
954
955          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9 )  THEN
956!
957!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped layer
958             inflow_damping_width = 0.1 * inflow_damping_height
959
960          ENDIF
961
962          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
963
964          DO  k = nzb, nzt+1
965
966             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
967                inflow_damping_factor(k) = 1.0
968             ELSEIF ( zu(k) <= inflow_damping_height + inflow_damping_width ) &
969             THEN
970                inflow_damping_factor(k) = 1.0 -                               &
971                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
972                                           inflow_damping_width
973             ELSE
974                inflow_damping_factor(k) = 0.0
975             ENDIF
976
977          ENDDO
978
979       ENDIF
980
981!
982!--    Read binary data from restart file
983          WRITE (9,*) 'before read_3d_binary'
984          CALL local_flush( 9 )
985       CALL read_3d_binary
986          WRITE (9,*) 'after read_3d_binary'
987          CALL local_flush( 9 )
988
989!
990!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
991       IF ( conserve_volume_flow  .AND.  &
992            TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  THEN
993
994          volume_flow_initial_l = 0.0
995          volume_flow_area_l    = 0.0
996 
997          IF ( nxr == nx )  THEN
998             DO  j = nys, nyn
999                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
1000                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1001                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
1002                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
1003                ENDDO
1004!
1005!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1006                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1007                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
1008             ENDDO
1009          ENDIF
1010
1011          IF ( nyn == ny )  THEN
1012             DO  i = nxl, nxr
1013                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
1014                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1015                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
1016                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
1017                ENDDO
1018!
1019!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1020                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1021                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
1022             ENDDO
1023          ENDIF
1024
1025#if defined( __parallel )
1026          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1027                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1028          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1029                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1030#else
1031          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1032          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1033#endif 
1034       ENDIF
1035
1036
1037!
1038!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1039!--    of a sloping surface
1040       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1041
1042!
1043!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1044!--    including ghost points)
1045       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1046       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  q_p = q
1047       IF ( ocean )  sa_p = sa
1048
1049    ELSE
1050!
1051!--    Actually this part of the programm should not be reached
1052       IF ( myid == 0 )  PRINT*,'+++ init_3d_model: unknown initializing ', &
1053                                                    'problem'
1054       CALL local_stop
1055    ENDIF
1056
1057
1058    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1059!
1060!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1061       IF ( outflow_l )  THEN
1062          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1063          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1064          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1065       ENDIF
1066       IF ( outflow_r )  THEN
1067          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1068          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1069          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1070       ENDIF
1071       IF ( outflow_s )  THEN
1072          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1073          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1074          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1075       ENDIF
1076       IF ( outflow_n )  THEN
1077          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1078          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1079          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1080       ENDIF
1081
1082    ENDIF
1083
1084!
1085!-- Initialization of the leaf area density
1086    IF ( plant_canopy ) THEN
1087 
1088       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1089
1090          CASE( 'block' )
1091
1092             DO  i = nxl-1, nxr+1
1093                DO  j = nys-1, nyn+1
1094                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1095                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
1096                   IF ( passive_scalar ) THEN
1097                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1098                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1099                   ENDIF
1100                ENDDO
1101             ENDDO
1102
1103          CASE DEFAULT
1104
1105!
1106!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1107!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1108!--          user has coded a special case in the user interface.
1109!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1110!--          which of these two conditions applies.
1111             CALL user_init_plant_canopy
1112 
1113          END SELECT
1114
1115       CALL exchange_horiz( lad_s )
1116       CALL exchange_horiz( cdc )
1117
1118       IF ( passive_scalar ) THEN
1119          CALL exchange_horiz( sls )
1120          CALL exchange_horiz( sec )
1121       ENDIF
1122
1123!
1124!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1125!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1126!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1127!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1128!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1129
1130       DO  i = nxl, nxr
1131          DO  j = nys, nyn
1132             DO  k = nzb, nzt+1 
1133                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0 ) THEN
1134                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1135                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1136                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1137                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1138                ENDIF
1139             ENDDO
1140             DO  k = nzb, nzt
1141                lad_w(k,j,i) = 0.5 * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
1142             ENDDO
1143          ENDDO
1144       ENDDO
1145
1146       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0
1147       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
1148
1149       CALL exchange_horiz( lad_u )
1150       CALL exchange_horiz( lad_v )
1151       CALL exchange_horiz( lad_w )
1152
1153!
1154!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
1155       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
1156!
1157!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1158!--       integration of the leaf area density
1159          lai(:,:,:) = 0.0
1160          DO  i = nxl-1, nxr+1
1161             DO  j = nys-1, nyn+1
1162                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1163                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
1164                                ( 0.5 * ( lad_w(k+1,j,i) +       &
1165                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1166                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
1167                                ( 0.5 * ( lad_w(k,j,i)   +       &
1168                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1169                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1170                ENDDO
1171             ENDDO
1172          ENDDO
1173
1174!
1175!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1176!--       canopy
1177          DO  i = nxl-1, nxr+1
1178             DO  j = nys-1, nyn+1
1179                DO  k = 0, pch_index
1180                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
1181                                             exp( -0.6 * lai(k,j,i) )
1182                ENDDO
1183             ENDDO
1184          ENDDO
1185
1186!
1187!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1188!--       distribution within the canopy
1189          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1190
1191          IF ( ASSOCIATED( shf_m ) ) shf_m = shf
1192
1193       ENDIF
1194
1195    ENDIF
1196
1197!
1198!-- If required, initialize dvrp-software
1199    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9 )  CALL init_dvrp
1200
1201    IF ( ocean )  THEN
1202!
1203!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1204       CALL init_ocean
1205    ELSE
1206!
1207!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1208!--    This routine must be called before init_particles, because
1209!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1210!--    init_particles) is not defined.
1211       CALL init_cloud_physics
1212    ENDIF
1213
1214!
1215!-- If required, initialize particles
1216    IF ( particle_advection )  CALL init_particles
1217
1218!
1219!-- Initialize quantities for special advections schemes
1220    CALL init_advec
1221
1222!
1223!-- Initialize Rayleigh damping factors
1224    rdf = 0.0
1225    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0 )  THEN
1226       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1227          DO  k = nzb+1, nzt
1228             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1229                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1230                      ( SIN( pi * 0.5 * ( zu(k) - rayleigh_damping_height )    &
1231                                      / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
1232                      )**2
1233             ENDIF
1234          ENDDO
1235       ELSE
1236          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1237             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1238                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1239                      ( SIN( pi * 0.5 * ( rayleigh_damping_height - zu(k) )    &
1240                                      / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
1241                      )**2
1242             ENDIF
1243          ENDDO
1244       ENDIF
1245    ENDIF
1246
1247!
1248!-- Initialize diffusivities used within the outflow damping layer in case of
1249!-- non-cyclic lateral boundaries. A linear increase is assumed over the first
1250!-- half of the width of the damping layer
1251    IF ( bc_lr == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1252
1253       DO  i = nxl-1, nxr+1
1254          IF ( i >= nx - outflow_damping_width )  THEN
1255             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1256                            ( i - ( nx - outflow_damping_width ) ) /   &
1257                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1258                                             )
1259          ELSE
1260             km_damp_x(i) = 0.0
1261          ENDIF
1262       ENDDO
1263
1264    ELSEIF ( bc_lr == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1265
1266       DO  i = nxl-1, nxr+1
1267          IF ( i <= outflow_damping_width )  THEN
1268             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1269                            ( outflow_damping_width - i ) /            &
1270                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1271                                             )
1272          ELSE
1273             km_damp_x(i) = 0.0
1274          ENDIF
1275       ENDDO
1276
1277    ENDIF
1278
1279    IF ( bc_ns == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1280
1281       DO  j = nys-1, nyn+1
1282          IF ( j >= ny - outflow_damping_width )  THEN
1283             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1284                            ( j - ( ny - outflow_damping_width ) ) /   &
1285                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1286                                             )
1287          ELSE
1288             km_damp_y(j) = 0.0
1289          ENDIF
1290       ENDDO
1291
1292    ELSEIF ( bc_ns == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1293
1294       DO  j = nys-1, nyn+1
1295          IF ( j <= outflow_damping_width )  THEN
1296             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1297                            ( outflow_damping_width - j ) /            &
1298                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1299                                             )
1300          ELSE
1301             km_damp_y(j) = 0.0
1302          ENDIF
1303       ENDDO
1304
1305    ENDIF
1306
1307!
1308!-- Initialize local summation arrays for UP flow_statistics. This is necessary
1309!-- because they may not yet have been initialized when they are called from
1310!-- flow_statistics (or - depending on the chosen model run - are never
1311!-- initialized)
1312    sums_divnew_l      = 0.0
1313    sums_divold_l      = 0.0
1314    sums_l_l           = 0.0
1315    sums_up_fraction_l = 0.0
1316    sums_wsts_bc_l     = 0.0
1317
1318!
1319!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1320    rmask = 1.0
1321
1322!
1323!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1324!-- of allowed timeseries is not exceeded
1325    CALL user_init
1326
1327    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1328       IF ( myid == 0 )  THEN
1329          PRINT*, '+++ user_init: number of time series quantities exceeds', &
1330                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max
1331          PRINT*, '    Please increase dots_max in modules.f90.'
1332       ENDIF
1333       CALL local_stop
1334    ENDIF
1335
1336!
1337!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1338!-- after call of user_init!
1339    CALL close_file( 13 )
1340
1341!
1342!-- Compute total sum of active mask grid points
1343!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1344!--          total domain
1345!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1346    ngp_2dh_outer_l   = 0
1347    ngp_2dh_outer     = 0
1348    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1349    ngp_2dh_s_inner   = 0
1350    ngp_2dh_l         = 0
1351    ngp_2dh           = 0
1352    ngp_3d_inner_l    = 0
1353    ngp_3d_inner      = 0
1354    ngp_3d            = 0
1355    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1356
1357    DO  sr = 0, statistic_regions
1358       DO  i = nxl, nxr
1359          DO  j = nys, nyn
1360             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0 )  THEN
1361!
1362!--             All xy-grid points
1363                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1364!
1365!--             xy-grid points above topography
1366                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1367                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1368                ENDDO
1369                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1370                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1371                ENDDO
1372!
1373!--             All grid points of the total domain above topography
1374                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1375                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1376             ENDIF
1377          ENDDO
1378       ENDDO
1379    ENDDO
1380
1381    sr = statistic_regions + 1
1382#if defined( __parallel )
1383    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,  &
1384                        comm2d, ierr )
1385    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr, &
1386                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1387    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),        &
1388                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1389    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner(0), sr, MPI_INTEGER, &
1390                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1391#else
1392    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1393    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1394    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1395    ngp_3d_inner    = ngp_3d_inner_l
1396#endif
1397
1398    ngp_3d = ngp_2dh * ( nz + 2 )
1399
1400!
1401!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1402!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1403!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1404    ngp_2dh_outer = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:) ) 
1405    ngp_3d_inner  = MAX( 1, ngp_3d_inner(:)    )
1406
1407    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l )
1408
1409
1410 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.