source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1823

Last change on this file since 1823 was 1823, checked in by hoffmann, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 69.9 KB
Line 
1!> @file init_3d_model.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! ------------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: init_3d_model.f90 1823 2016-04-07 08:57:52Z hoffmann $
26!
27! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
28! icloud_scheme replaced by microphysics_*
29!
30! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
31! Renamed lsm calls.
32!
33! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
34! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
35! in r1762)
36!
37! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
38! Added z0q.
39! Syntax layout improved.
40!
41! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
42! netcdf module name changed + related changes
43!
44! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
45! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
46!
47! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
48! Introduction of nested domain feature
49!
50! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
51! calculate mean surface level height for each statistic region
52!
53! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
54! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
55! set zero
56!
57! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
58! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
59! devision by zero in neutral stratification
60!
61! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
62! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
63!
64! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
65! Code annotations made doxygen readable
66!
67! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
68! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
69!
70! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
71! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
72!
73! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
74! adjustments for psolver-queries
75!
76! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
77! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
78! which is part of land_surface_model.
79!
80! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
81! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
82!
83! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
84! Added initialization of the land surface and radiation schemes
85!
86! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
87! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
88! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
89! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
90! call of subroutine init_plant_canopy added.
91!
92! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
93! var_d added, in order to normalize spectra.
94!
95! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
96! Ensemble run capability added to parallel random number generator
97!
98! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
99! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
100! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
101!
102! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
103! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
104! no-slip boundary condition for uv
105!
106! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
107! location messages modified
108!
109! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
110! Parallel random number generator added
111!
112! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
113! location messages added
114!
115! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
116! tend_* removed
117! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
118!
119! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
120! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
121! module
122!
123! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
124! REAL constants provided with KIND-attribute
125!
126! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
127! REAL constants defined as wp-kind
128!
129! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
130! REAL constants defined as wp-kind
131! module interfaces removed
132!
133! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
134! ONLY-attribute added to USE-statements,
135! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
136! kinds are defined in new module kinds,
137! revision history before 2012 removed,
138! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
139! all variable declaration statements
140!
141! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
142! Bugfix: allocation of w_subs
143!
144! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
145! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
146! with large scale forcing data (LSF_DATA)
147!
148! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
149! Overwrite initial profiles in case of nudging
150! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
151!
152! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
153! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
154! copy
155!
156! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
157! array tri is allocated and included in data copy statement
158!
159! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
160! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
161!
162! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
163! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
164!
165! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
166! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
167!
168! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
169! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
170!
171! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
172! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
173! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
174!
175! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
176! unused variables removed
177!
178! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
179! openACC directive modified
180!
181! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
182! openACC directives added for pres
183! array diss allocated only if required
184!
185! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
186! unused variables removed
187!
188! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
189! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
190!
191! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
192! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
193! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
194! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
195! +tend_*, prr
196!
197! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
198! code put under GPL (PALM 3.9)
199!
200! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
201! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
202!
203! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
204! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
205!
206! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
207! mask is set to zero for ghost boundaries
208!
209! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
210! cpp switch __nopointer added for pointer free version
211!
212! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
213! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
214!
215! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
216! all actions concerning leapfrog scheme removed
217!
218! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
219! little reformatting
220!
221! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
222! outflow damping layer removed
223! roughness length for scalar quantites z0h added
224! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
225! boundaries added
226! initialization of ptdf_x, ptdf_y
227! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
228!
229! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
230! init_particles renamed lpm_init
231!
232! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
233! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
234!
235! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
236! Initial revision
237!
238!
239! Description:
240! ------------
241!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
242!> a) pre-run the 1D model
243!> or
244!> b) pre-set constant linear profiles
245!> or
246!> c) read values of a previous run
247!------------------------------------------------------------------------------!
248 SUBROUTINE init_3d_model
249 
250
251    USE advec_ws
252
253    USE arrays_3d
254   
255    USE cloud_parameters,                                                      &
256        ONLY:  nc_const, precipitation_amount, precipitation_rate, prr
257   
258    USE constants,                                                             &
259        ONLY:  pi
260   
261    USE control_parameters
262   
263    USE grid_variables,                                                        &
264        ONLY:  dx, dy
265   
266    USE indices
267
268    USE lpm_init_mod,                                                          &
269        ONLY:  lpm_init
270   
271    USE kinds
272
273    USE land_surface_model_mod,                                                &
274        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays, land_surface
275 
276    USE ls_forcing_mod
277   
278    USE model_1d,                                                              &
279        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d
280   
281    USE netcdf_interface,                                                      &
282        ONLY:  dots_max, dots_num
283   
284    USE particle_attributes,                                                   &
285        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
286   
287    USE pegrid
288   
289    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
290        ONLY:  init_plant_canopy, plant_canopy
291
292    USE radiation_model_mod,                                                   &
293        ONLY:  init_radiation, radiation
294   
295    USE random_function_mod
296   
297    USE random_generator_parallel,                                             &
298        ONLY:  random_number_parallel, random_seed_parallel, random_dummy,     &
299               id_random_array, seq_random_array
300   
301    USE statistics,                                                            &
302        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
303               spectrum_x, spectrum_y, statistic_regions, sums, sums_divnew_l, &
304               sums_divold_l, sums_l, sums_l_l, sums_up_fraction_l,            &
305               sums_wsts_bc_l, ts_value, var_d, weight_pres, weight_substep
306 
307    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
308        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
309   
310    USE transpose_indices
311
312    IMPLICIT NONE
313
314    INTEGER(iwp) ::  i             !<
315    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
316    INTEGER(iwp) ::  j             !<
317    INTEGER(iwp) ::  k             !<
318    INTEGER(iwp) ::  sr            !<
319
320    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
321
322    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
323    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
324
325    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
326    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
327
328    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
329    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
330    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
331
332
333    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
334!
335!-- Allocate arrays
336    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
337              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
338              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
339              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
340              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
341              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
342              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
343              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
344              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
345    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
346    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
347              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
348              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
349              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
350              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
351              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
352              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
353              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
354              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                    &
355              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
356              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
357    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
358
359    ALLOCATE( ol(nysg:nyng,nxlg:nxrg), shf(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
360              ts(nysg:nyng,nxlg:nxrg), tswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
361              us(nysg:nyng,nxlg:nxrg), usws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
362              uswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), vsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),           &
363              vswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0(nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
364              z0h(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0q(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
365
366    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
367              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
368              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
369              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
370              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
371
372#if defined( __nopointer )
373    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
374              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
375              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
376              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
377              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
378              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
379              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
380              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
381              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
382              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
383              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
384              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
385              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
386              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
387              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
388#else
389    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
390              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
391              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
392              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
393              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
394              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
395              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
396              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
397              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
398              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
399              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
400              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
401              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
402              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
403    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
404       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
405    ENDIF
406#endif
407
408!
409!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
410!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
411!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
412!-- solver.
413    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
414       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
415    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
416!
417!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
418       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
419    ENDIF
420
421!
422!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
423    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
424       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
425       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
426    ENDIF
427
428    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
429!
430!--    2D-humidity/scalar arrays
431       ALLOCATE ( qs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                     &
432                  qsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                   &
433                  qswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
434
435!
436!--    3D-humidity/scalar arrays
437#if defined( __nopointer )
438       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
439                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
440                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
441#else
442       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
443                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
444                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
445#endif
446
447!
448!--    3D-arrays needed for humidity only
449       IF ( humidity )  THEN
450#if defined( __nopointer )
451          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
452#else
453          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
454#endif
455
456          IF ( cloud_physics )  THEN
457
458!
459!--          Liquid water content
460#if defined( __nopointer )
461             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
462#else
463             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
464#endif
465!
466!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
467             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
468                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
469
470!
471!--          1D-arrays
472             ALLOCATE ( nc_1d(nzb:nzt+1), pt_1d(nzb:nzt+1),                 &
473                        q_1d(nzb:nzt+1), qc_1d(nzb:nzt+1) )
474!
475!--          3D-cloud water content
476#if defined( __nopointer )
477             ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
478#else
479             ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
480#endif
481!
482!--          3d-precipitation rate
483             ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
484
485             IF ( microphysics_seifert )  THEN
486!
487!--             1D-arrays
488                ALLOCATE ( nr_1d(nzb:nzt+1), qr_1d(nzb:nzt+1) )
489
490!
491!--             2D-rain water content and rain drop concentration arrays
492                ALLOCATE ( qrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
493                           qrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
494                           qrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
495                           nrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
496                           nrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
497                           nrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
498!
499!--             3D-rain water content, rain drop concentration arrays
500#if defined( __nopointer )
501                ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
502                          nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
503                          qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
504                          qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
505                          tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
506                          tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
507#else
508                ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
509                          nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
510                          nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
511                          qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
512                          qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
513                          qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
514#endif
515             ENDIF
516
517          ENDIF
518
519          IF ( cloud_droplets )  THEN
520!
521!--          Liquid water content, change in liquid water content
522#if defined( __nopointer )
523             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
524                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
525#else
526             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
527                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
528#endif
529!
530!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
531             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
532                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
533          ENDIF
534
535       ENDIF
536
537    ENDIF
538
539    IF ( ocean )  THEN
540       ALLOCATE( saswsb(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                  &
541                 saswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
542#if defined( __nopointer )
543       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
544                 rho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
545                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
546                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
547                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
548#else
549       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
550                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
551                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
552                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
553                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
554       prho => prho_1
555       rho  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
556                      ! density to be apointer
557#endif
558       IF ( humidity_remote )  THEN
559          ALLOCATE( qswst_remote(nysg:nyng,nxlg:nxrg))
560          qswst_remote = 0.0_wp
561       ENDIF
562    ENDIF
563
564!
565!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
566!-- particle velocities
567    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  turbulence  .OR.      &
568         num_acc_per_node > 0 )  THEN
569       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
570    ENDIF
571
572    IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
573       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ),                             &
574                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
575       spectrum_x = 0.0_wp
576       spectrum_y = 0.0_wp
577
578       ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
579       var_d = 0.0_wp
580    ENDIF
581
582!
583!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
584    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
585       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
586       w_subs = 0.0_wp
587    ENDIF
588
589!
590!-- ID-array and state-space-array for the parallel random number generator
591    IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
592       ALLOCATE ( seq_random_array(5,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
593       ALLOCATE ( id_random_array(0:ny,0:nx) )
594       seq_random_array = 0
595       id_random_array  = 0
596    ENDIF
597   
598!
599!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
600    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
601       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg,1:4) )
602       rif_wall = 0.0_wp
603    ENDIF
604
605!
606!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
607!-- are needed for radiation boundary conditions
608    IF ( outflow_l )  THEN
609       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
610                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
611                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
612    ENDIF
613    IF ( outflow_r )  THEN
614       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
615                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
616                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
617    ENDIF
618    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
619       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
620                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
621    ENDIF
622    IF ( outflow_s )  THEN
623       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
624                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
625                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
626    ENDIF
627    IF ( outflow_n )  THEN
628       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
629                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
630                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
631    ENDIF
632    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
633       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
634                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
635    ENDIF
636    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
637       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
638       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
639    ENDIF
640
641
642#if ! defined( __nopointer )
643!
644!-- Initial assignment of the pointers
645    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
646    IF ( .NOT. neutral )  THEN
647       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
648    ELSE
649       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
650    ENDIF
651    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
652    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
653    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
654
655    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
656       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
657       IF ( humidity )  THEN
658          vpt  => vpt_1   
659          IF ( cloud_physics )  THEN
660             ql => ql_1
661             qc => qc_1
662             IF ( microphysics_seifert )  THEN
663                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
664                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
665             ENDIF
666          ENDIF
667       ENDIF
668       IF ( cloud_droplets )  THEN
669          ql   => ql_1
670          ql_c => ql_2
671       ENDIF
672    ENDIF
673
674    IF ( ocean )  THEN
675       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
676    ENDIF
677#endif
678
679!
680!-- Allocate land surface model arrays
681    IF ( land_surface )  THEN
682       CALL lsm_init_arrays
683    ENDIF
684
685!
686!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
687!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
688!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
689!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
690!-- will be set.
691!-- TO_DO: zeroth element added to weight_pres because in case of nesting
692!--        pres may need to be called  outside the RK-substeps. Antti will
693!--        check if this is really required.
694    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
695              weight_pres(0:intermediate_timestep_count_max) )
696    weight_substep = 1.0_wp
697    weight_pres    = 1.0_wp
698    intermediate_timestep_count = 1  ! needed when simulated_time = 0.0
699       
700    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
701!
702!-- Initialize model variables
703    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
704         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
705!
706!--    First model run of a possible job queue.
707!--    Initial profiles of the variables must be computes.
708       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
709
710          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
711!
712!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
713!--       start 1D model
714          CALL init_1d_model
715!
716!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
717          DO  i = nxlg, nxrg
718             DO  j = nysg, nyng
719                e(:,j,i)  = e1d
720                kh(:,j,i) = kh1d
721                km(:,j,i) = km1d
722                pt(:,j,i) = pt_init
723                u(:,j,i)  = u1d
724                v(:,j,i)  = v1d
725             ENDDO
726          ENDDO
727
728          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
729             DO  i = nxlg, nxrg
730                DO  j = nysg, nyng
731                   q(:,j,i) = q_init
732                ENDDO
733             ENDDO
734             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
735                DO  i = nxlg, nxrg
736                   DO  j = nysg, nyng
737                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
738                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
739                   ENDDO
740                ENDDO
741!
742!--             Initialze nc_1d with default value
743                nc_1d(:) = nc_const
744
745             ENDIF
746          ENDIF
747
748          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
749             DO  i = nxlg, nxrg
750                DO  j = nysg, nyng
751                   e(:,j,i)  = e1d
752                ENDDO
753             ENDDO
754!
755!--          Store initial profiles for output purposes etc.
756             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
757
758             IF ( constant_flux_layer )  THEN
759                ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / ( rif1d(nzb+1) + 1.0E-20_wp )
760                ts   = 0.0_wp  ! could actually be computed more accurately in the
761                               ! 1D model. Update when opportunity arises.
762                us   = us1d
763                usws = usws1d
764                vsws = vsws1d
765             ELSE
766                ts   = 0.0_wp  ! must be set, because used in
767                ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min  ! flowste
768                us   = 0.0_wp
769                usws = 0.0_wp
770                vsws = 0.0_wp
771             ENDIF
772
773          ELSE
774             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
775             ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min  ! flowste
776             ts   = 0.0_wp
777             us   = 0.0_wp
778             usws = 0.0_wp
779             vsws = 0.0_wp
780          ENDIF
781          uswst = top_momentumflux_u
782          vswst = top_momentumflux_v
783
784!
785!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
786!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
787!--       Update when opportunity arises!
788          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
789             qs = 0.0_wp
790             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
791                qrs = 0.0_wp
792                nrs = 0.0_wp
793             ENDIF
794          ENDIF
795
796!
797!--       Inside buildings set velocities back to zero
798          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
799             DO  i = nxlg, nxrg
800                DO  j = nysg, nyng
801                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
802                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
803                ENDDO
804             ENDDO
805             
806!
807!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
808!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
809!--                   below the topography; need to correct later
810!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
811!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
812!--                     the topography.
813             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
814!
815!--             Neumann condition
816                DO  i = nxl-1, nxr+1
817                   DO  j = nys-1, nyn+1
818                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
819                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
820                   ENDDO
821                ENDDO
822
823             ENDIF
824
825          ENDIF
826
827          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
828
829       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
830       THEN
831
832          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
833!
834!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
835          IF ( nudging )  THEN
836             pt_init = ptnudge(:,1)
837             u_init  = unudge(:,1)
838             v_init  = vnudge(:,1)
839             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
840                q_init = qnudge(:,1)
841             ENDIF
842
843             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ',       &
844                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
845             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
846          ENDIF
847
848!
849!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
850!--       temperature profile with constant gradient)
851          DO  i = nxlg, nxrg
852             DO  j = nysg, nyng
853                pt(:,j,i) = pt_init
854                u(:,j,i)  = u_init
855                v(:,j,i)  = v_init
856             ENDDO
857          ENDDO
858
859!
860!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
861!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
862!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
863!--       in the limiting formula!).
864          IF ( ibc_uv_b /= 1 )  THEN
865             DO  i = nxlg, nxrg
866                DO  j = nysg, nyng
867                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
868                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
869                ENDDO
870             ENDDO
871          ENDIF
872
873          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
874             DO  i = nxlg, nxrg
875                DO  j = nysg, nyng
876                   q(:,j,i) = q_init
877                ENDDO
878             ENDDO
879             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
880!
881!--             Initialze nc_1d with default value
882                nc_1d(:) = nc_const
883
884                DO  i = nxlg, nxrg
885                   DO  j = nysg, nyng
886                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
887                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
888                   ENDDO
889                ENDDO
890
891             ENDIF
892          ENDIF
893
894          IF ( ocean )  THEN
895             DO  i = nxlg, nxrg
896                DO  j = nysg, nyng
897                   sa(:,j,i) = sa_init
898                ENDDO
899             ENDDO
900          ENDIF
901         
902          IF ( constant_diffusion )  THEN
903             km   = km_constant
904             kh   = km / prandtl_number
905             e    = 0.0_wp
906          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
907             DO  k = nzb+1, nzt
908                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
909             ENDDO
910             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
911             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
912             kh   = km / prandtl_number
913             e    = e_init
914          ELSE
915             IF ( .NOT. ocean )  THEN
916                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
917                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
918                              ! production terms, as long as not yet
919                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
920             ELSE
921                kh   = 0.00001_wp
922                km   = 0.00001_wp
923             ENDIF
924             e    = 0.0_wp
925          ENDIF
926          ol    = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min
927          ts    = 0.0_wp
928          us    = 0.0_wp
929          usws  = 0.0_wp
930          uswst = top_momentumflux_u
931          vsws  = 0.0_wp
932          vswst = top_momentumflux_v
933          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0_wp
934
935!
936!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
937!--       of a sloping surface
938          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
939
940          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
941
942       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
943       THEN
944
945          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
946!
947!--       Initialization will completely be done by the user
948          CALL user_init_3d_model
949
950          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
951
952       ENDIF
953
954       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
955                              .FALSE. )
956
957!
958!--    Bottom boundary
959       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
960          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
961          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
962       ENDIF
963
964!
965!--    Apply channel flow boundary condition
966       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
967          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
968          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
969       ENDIF
970
971!
972!--    Calculate virtual potential temperature
973       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
974
975!
976!--    Store initial profiles for output purposes etc.
977       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
978       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
979       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
980          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
981          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
982       ENDIF
983       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
984       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
985       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
986
987       IF ( ocean )  THEN
988!
989!--       Store initial salinity profile
990          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
991       ENDIF
992
993       IF ( humidity )  THEN
994!
995!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
996!--       temperature
997          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
998          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
999          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1000!
1001!--          Store initial profile of specific humidity and potential
1002!--          temperature
1003             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1004             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1005          ENDIF
1006       ENDIF
1007
1008       IF ( passive_scalar )  THEN
1009!
1010!--       Store initial scalar profile
1011          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1012       ENDIF
1013
1014!
1015!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1016       CALL random_function_ini
1017       
1018       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
1019!--       Asigning an ID to every vertical gridpoint column
1020!--       dependig on the ensemble run number.
1021          random_dummy=1
1022          DO j=0,ny
1023             DO i=0,nx
1024                id_random_array(j,i) = random_dummy + 1E6                      &
1025                                       * ( ensemble_member_nr - 1000 )
1026                random_dummy = random_dummy + 1
1027             END DO
1028          ENDDO
1029!--       Initializing with random_seed_parallel for every vertical
1030!--       gridpoint column.
1031          random_dummy=0
1032          DO j = nysg, nyng
1033             DO i = nxlg, nxrg
1034                CALL random_seed_parallel (random_sequence=id_random_array(j, i))
1035                CALL random_number_parallel (random_dummy)
1036                CALL random_seed_parallel (get=seq_random_array(:, j, i))
1037             END DO
1038          ENDDO
1039       ENDIF
1040
1041!
1042!--    Initialize fluxes at bottom surface
1043       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
1044
1045          IF ( constant_heatflux )  THEN
1046!
1047!--          Heat flux is prescribed
1048             IF ( random_heatflux )  THEN
1049                CALL disturb_heatflux
1050             ELSE
1051                shf = surface_heatflux
1052!
1053!--             Initialize shf with data from external file LSF_DATA
1054                IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
1055                   CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
1056                ENDIF
1057
1058!
1059!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
1060                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
1061                   DO  i = nxlg, nxrg
1062                      DO  j = nysg, nyng
1063                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1064                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
1065                         ENDIF
1066                      ENDDO
1067                   ENDDO
1068                ENDIF
1069             ENDIF
1070          ENDIF
1071
1072!
1073!--       Determine the near-surface water flux
1074          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1075             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1076                qrsws = 0.0_wp
1077                nrsws = 0.0_wp
1078             ENDIF
1079             IF ( constant_waterflux )  THEN
1080                qsws   = surface_waterflux
1081!
1082!--             Over topography surface_waterflux is replaced by
1083!--             wall_humidityflux(0)
1084                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
1085                   wall_qflux = wall_humidityflux
1086                   DO  i = nxlg, nxrg
1087                      DO  j = nysg, nyng
1088                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1089                            qsws(j,i) = wall_qflux(0)
1090                         ENDIF
1091                      ENDDO
1092                   ENDDO
1093                ENDIF
1094             ENDIF
1095          ENDIF
1096
1097       ENDIF
1098
1099!
1100!--    Initialize fluxes at top surface
1101!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
1102!--    The latent flux is zero in this case!
1103       IF ( use_top_fluxes )  THEN
1104
1105          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
1106!
1107!--          Heat flux is prescribed
1108             tswst = top_heatflux
1109
1110             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1111                qswst = 0.0_wp
1112                IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert ) THEN
1113                   nrswst = 0.0_wp
1114                   qrswst = 0.0_wp
1115                ENDIF
1116             ENDIF
1117
1118             IF ( ocean )  THEN
1119                saswsb = bottom_salinityflux
1120                saswst = top_salinityflux
1121             ENDIF
1122          ENDIF
1123
1124!
1125!--       Initialization in case of a coupled model run
1126          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
1127             tswst = 0.0_wp
1128          ENDIF
1129
1130       ENDIF
1131
1132!
1133!--    Initialize Prandtl layer quantities
1134       IF ( constant_flux_layer )  THEN
1135
1136          z0 = roughness_length
1137          z0h = z0h_factor * z0
1138          z0q = z0h_factor * z0
1139
1140          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
1141!
1142!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
1143!--          simply estimated, because therefore ol, u* and theta* would have
1144!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
1145!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
1146!--          value in the course of the first few time steps.
1147             shf   = 0.0_wp
1148          ENDIF
1149
1150          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1151             IF (  .NOT.  constant_waterflux )  qsws   = 0.0_wp
1152             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1153                qrsws = 0.0_wp
1154                nrsws = 0.0_wp
1155             ENDIF
1156          ENDIF
1157
1158       ENDIF
1159
1160!
1161!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1162!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1163       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1164          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1165             ref_state(:) = pt_reference
1166          ELSE
1167             ref_state(:) = vpt_reference
1168          ENDIF
1169       ELSE
1170          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1171             ref_state(:) = pt_init(:)
1172          ELSE
1173             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1174          ENDIF
1175       ENDIF
1176
1177!
1178!--    For the moment, vertical velocity is zero
1179       w = 0.0_wp
1180
1181!
1182!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1183       sums = 0.0_wp
1184
1185!
1186!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1187       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
1188
1189!
1190!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1191!--    are zero at beginning of the simulation
1192       IF ( cloud_physics )  THEN
1193          ql = 0.0_wp
1194          qc = 0.0_wp
1195
1196          precipitation_amount = 0.0_wp
1197
1198          IF ( microphysics_seifert )  THEN
1199             nc_1d = nc_const
1200          ENDIF
1201       ENDIF
1202!
1203!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1204       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1205          CALL init_rankine
1206       ENDIF
1207
1208!
1209!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1210       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1211          CALL init_pt_anomaly
1212       ENDIF
1213
1214!
1215!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1216       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1217          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1218       ENDIF
1219
1220!
1221!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1222!--    run
1223       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND.                             &
1224            q_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1225          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1226       ENDIF
1227
1228!
1229!--    Initialize old and new time levels.
1230       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
1231       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1232
1233       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1234          tq_m = 0.0_wp
1235          q_p = q
1236          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1237             tqr_m = 0.0_wp
1238             qr_p  = qr
1239             tnr_m = 0.0_wp
1240             nr_p  = nr
1241          ENDIF
1242       ENDIF
1243
1244       IF ( ocean )  THEN
1245          tsa_m = 0.0_wp
1246          sa_p  = sa
1247       ENDIF
1248       
1249       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1250
1251    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1252         TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                       &
1253    THEN
1254
1255       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1256                              .FALSE. )
1257!
1258!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1259!--    some of the global variables from the restart file which are required
1260!--    for initializing the inflow
1261       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1262
1263          DO  i = 0, io_blocks-1
1264             IF ( i == io_group )  THEN
1265                CALL read_parts_of_var_list
1266                CALL close_file( 13 )
1267             ENDIF
1268#if defined( __parallel )
1269             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1270#endif
1271          ENDDO
1272
1273       ENDIF
1274
1275!
1276!--    Read binary data from restart file
1277       DO  i = 0, io_blocks-1
1278          IF ( i == io_group )  THEN
1279             CALL read_3d_binary
1280          ENDIF
1281#if defined( __parallel )
1282          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1283#endif
1284       ENDDO
1285
1286!
1287!--    Initialization of the turbulence recycling method
1288       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
1289            turbulent_inflow )  THEN
1290!
1291!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1292!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1293!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1294!--       for u,v-components can be used.
1295          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,6) )
1296
1297          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1298             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1299             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1300          ELSE
1301             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1302             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1303          ENDIF
1304          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1305          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
1306          mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)      ! q
1307
1308!
1309!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1310!--       profiles
1311          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1312             DO  i = nxlg, nxrg
1313                DO  j = nysg, nyng
1314                   DO  k = nzb, nzt+1
1315                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1316                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1317                   ENDDO
1318                ENDDO
1319             ENDDO
1320          ENDIF
1321
1322!
1323!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1324!--       conditions are used)
1325          IF ( inflow_l )  THEN
1326             DO  j = nysg, nyng
1327                DO  k = nzb, nzt+1
1328                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1329                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1330                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
1331                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1332                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
1333                   IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )                       &
1334                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
1335                ENDDO
1336             ENDDO
1337          ENDIF
1338
1339!
1340!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1341!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1342!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1343!--       in time.
1344          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
1345!
1346!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1347!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1348!--          specified.
1349             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
1350                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1351             ELSE
1352                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1353                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
1354                     'calculated by the prerun is zero.'
1355                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1356             ENDIF
1357
1358          ENDIF
1359
1360          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
1361!
1362!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1363!--          layer
1364             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
1365
1366          ENDIF
1367
1368          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1369
1370          DO  k = nzb, nzt+1
1371
1372             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1373                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
1374             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1375                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
1376                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1377                                           inflow_damping_width
1378             ELSE
1379                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
1380             ENDIF
1381
1382          ENDDO
1383
1384       ENDIF
1385
1386!
1387!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
1388       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
1389            topography /= 'flat' )  THEN
1390!
1391!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1392!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1393!--       maybe revise later.
1394          DO  i = nxlg, nxrg
1395             DO  j = nysg, nyng
1396                u  (nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1397                v  (nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1398                w  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1399                e  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1400                tu_m(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1401                tv_m(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1402                tw_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1403                te_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1404                tpt_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
1405             ENDDO
1406          ENDDO
1407
1408       ENDIF
1409
1410!
1411!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1412!--    of a sloping surface
1413       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1414
1415!
1416!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1417!--    including ghost points)
1418       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1419       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1420          q_p = q
1421          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1422             qr_p = qr
1423             nr_p = nr
1424          ENDIF
1425       ENDIF
1426       IF ( ocean )  sa_p = sa
1427
1428!
1429!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1430!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1431!--    there before they are set.
1432       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
1433       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1434          tq_m = 0.0_wp
1435          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1436             tqr_m = 0.0_wp
1437             tnr_m = 0.0_wp
1438          ENDIF
1439       ENDIF
1440       IF ( ocean )  tsa_m = 0.0_wp
1441
1442       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1443
1444    ELSE
1445!
1446!--    Actually this part of the programm should not be reached
1447       message_string = 'unknown initializing problem'
1448       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1449    ENDIF
1450
1451
1452    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1453!
1454!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1455       IF ( outflow_l )  THEN
1456          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1457          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1458          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1459       ENDIF
1460       IF ( outflow_r )  THEN
1461          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1462          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1463          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1464       ENDIF
1465       IF ( outflow_s )  THEN
1466          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1467          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1468          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1469       ENDIF
1470       IF ( outflow_n )  THEN
1471          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1472          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1473          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1474       ENDIF
1475       
1476    ENDIF
1477
1478!
1479!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1480    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1481
1482       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1483
1484          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1485          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1486
1487          IF ( nxr == nx )  THEN
1488             DO  j = nys, nyn
1489                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1490                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1491                                              u_init(k) * dzw(k)
1492                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1493                ENDDO
1494             ENDDO
1495          ENDIF
1496         
1497          IF ( nyn == ny )  THEN
1498             DO  i = nxl, nxr
1499                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1500                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1501                                              v_init(k) * dzw(k)
1502                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1503                ENDDO
1504             ENDDO
1505          ENDIF
1506
1507#if defined( __parallel )
1508          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1509                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1510          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1511                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1512
1513#else
1514          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1515          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1516#endif 
1517
1518       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1519
1520          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1521          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1522
1523          IF ( nxr == nx )  THEN
1524             DO  j = nys, nyn
1525                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1526                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1527                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)
1528                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1529                ENDDO
1530             ENDDO
1531          ENDIF
1532         
1533          IF ( nyn == ny )  THEN
1534             DO  i = nxl, nxr
1535                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1536                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1537                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)
1538                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1539                ENDDO
1540             ENDDO
1541          ENDIF
1542
1543#if defined( __parallel )
1544          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1545                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1546          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1547                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1548
1549#else
1550          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1551          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1552#endif 
1553
1554       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1555
1556          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1557          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1558
1559          IF ( nxr == nx )  THEN
1560             DO  j = nys, nyn
1561                DO  k = nzb_2d(j,nx)+1, nzt
1562                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1563                                              u(k,j,nx) * dzw(k)
1564                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1565                ENDDO
1566             ENDDO
1567          ENDIF
1568         
1569          IF ( nyn == ny )  THEN
1570             DO  i = nxl, nxr
1571                DO  k = nzb_2d(ny,i)+1, nzt 
1572                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1573                                              v(k,ny,i) * dzw(k)
1574                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1575                ENDDO
1576             ENDDO
1577          ENDIF
1578
1579#if defined( __parallel )
1580          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1581                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1582          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1583                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1584
1585#else
1586          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1587          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1588#endif 
1589
1590       ENDIF
1591
1592!
1593!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1594!--    from u|v_bulk instead
1595       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1596          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1597          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1598       ENDIF
1599
1600    ENDIF
1601
1602!
1603!-- Initialize quantities for special advections schemes
1604    CALL init_advec
1605
1606!
1607!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1608!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
1609    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
1610         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1611         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1612
1613       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
1614       CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
1615       CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
1616       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1617
1618       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
1619       n_sor = nsor_ini
1620       !$acc data copyin( d, ddzu, ddzw, nzb_s_inner, nzb_u_inner )            &
1621       !$acc      copyin( nzb_v_inner, nzb_w_inner, p, rflags_s_inner, tend )  &
1622       !$acc      copyin( weight_pres, weight_substep )                        &
1623       !$acc      copy( tri, tric, u, v, w )
1624       CALL pres
1625       !$acc end data
1626       n_sor = nsor
1627       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1628
1629    ENDIF
1630
1631!
1632!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
1633    IF ( plant_canopy )  CALL init_plant_canopy
1634
1635!
1636!-- If required, initialize dvrp-software
1637    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
1638
1639    IF ( ocean )  THEN
1640!
1641!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1642       CALL init_ocean
1643
1644    ELSE
1645!
1646!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1647!--    This routine must be called before lpm_init, because
1648!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1649!--    lpm_init) is not defined.
1650       CALL init_cloud_physics
1651    ENDIF
1652
1653!
1654!-- If required, initialize particles
1655    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
1656
1657!
1658!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
1659    IF ( land_surface )  THEN
1660       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
1661       CALL lsm_init
1662       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1663    ENDIF
1664
1665!
1666!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
1667!-- for initialization
1668    IF ( constant_flux_layer )  THEN
1669       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
1670       CALL init_surface_layer_fluxes
1671       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1672    ENDIF
1673
1674!
1675!-- If required, initialize radiation model
1676    IF ( radiation )  THEN
1677       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
1678       CALL init_radiation
1679       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1680    ENDIF
1681
1682!
1683!-- Initialize the ws-scheme.   
1684    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
1685
1686!
1687!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
1688!-- and turbulent quantities from the RK substeps
1689!-- TO_DO: zeroth element is added to weight_pres because in nesting pres
1690!--        may need to be called outside the RK-substeps
1691    weight_pres(0) = 1.0_wp
1692    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1693
1694       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
1695       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
1696       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
1697
1698       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
1699       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
1700       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
1701
1702    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1703
1704       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
1705       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
1706         
1707       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
1708       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
1709
1710    ELSE                                     ! for Euler-method
1711
1712       weight_substep(1) = 1.0_wp     
1713       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
1714
1715    ENDIF
1716
1717!
1718!-- Initialize Rayleigh damping factors
1719    rdf    = 0.0_wp
1720    rdf_sc = 0.0_wp
1721    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
1722       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
1723          DO  k = nzb+1, nzt
1724             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1725                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
1726                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
1727                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
1728                      )**2
1729             ENDIF
1730          ENDDO
1731       ELSE
1732          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1733             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1734                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
1735                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
1736                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
1737                      )**2
1738             ENDIF
1739          ENDDO
1740       ENDIF
1741    ENDIF
1742    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
1743
1744!
1745!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1746!-- the external pressure gradient
1747    dp_smooth_factor = 1.0_wp
1748    IF ( dp_external )  THEN
1749!
1750!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1751!--    (e.g. in init_grid).
1752       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1753          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1754          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb
1755                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1756       ENDIF
1757       IF ( dp_smooth )  THEN
1758          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
1759          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1760             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
1761                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
1762                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
1763          ENDDO
1764       ENDIF
1765    ENDIF
1766
1767!
1768!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1769!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1770!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
1771    ptdf_x = 0.0_wp
1772    ptdf_y = 0.0_wp
1773    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
1774       DO  i = nxl, nxr
1775          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
1776             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
1777                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
1778                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
1779          ENDIF
1780       ENDDO
1781    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
1782       DO  i = nxl, nxr
1783          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
1784             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
1785                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1786                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
1787                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1788          ENDIF
1789       ENDDO
1790    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
1791       DO  j = nys, nyn
1792          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
1793             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
1794                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1795                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
1796                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1797          ENDIF
1798       ENDDO
1799    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
1800       DO  j = nys, nyn
1801          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
1802             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
1803                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1804                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
1805                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1806          ENDIF
1807       ENDDO
1808    ENDIF
1809
1810!
1811!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1812!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1813!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1814!-- are never initialized)
1815    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1816    sums_divold_l      = 0.0_wp
1817    sums_l_l           = 0.0_wp
1818    sums_up_fraction_l = 0.0_wp
1819    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
1820
1821!
1822!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1823!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
1824!-- would bias the statistics
1825    rmask = 1.0_wp
1826    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
1827    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
1828
1829!
1830!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1831!-- of allowed timeseries is exceeded
1832    CALL user_init
1833
1834    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1835       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
1836                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
1837                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1838       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
1839    ENDIF
1840
1841!
1842!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1843!-- after call of user_init!
1844    CALL close_file( 13 )
1845
1846!
1847!-- Compute total sum of active mask grid points
1848!-- and the mean surface level height for each statistic region
1849!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1850!--          total domain
1851!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1852    ngp_2dh_outer_l   = 0
1853    ngp_2dh_outer     = 0
1854    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1855    ngp_2dh_s_inner   = 0
1856    ngp_2dh_l         = 0
1857    ngp_2dh           = 0
1858    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
1859    ngp_3d_inner      = 0
1860    ngp_3d            = 0
1861    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1862
1863    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
1864    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
1865
1866    DO  sr = 0, statistic_regions
1867       DO  i = nxl, nxr
1868          DO  j = nys, nyn
1869             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
1870!
1871!--             All xy-grid points
1872                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1873                mean_surface_level_height_l(sr) = mean_surface_level_height_l(sr) &
1874                                                  + zw(nzb_s_inner(j,i))
1875!
1876!--             xy-grid points above topography
1877                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1878                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1879                ENDDO
1880                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1881                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1882                ENDDO
1883!
1884!--             All grid points of the total domain above topography
1885                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr)                        &
1886                                     + ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1887             ENDIF
1888          ENDDO
1889       ENDDO
1890    ENDDO
1891
1892    sr = statistic_regions + 1
1893#if defined( __parallel )
1894    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1895    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
1896                        comm2d, ierr )
1897    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1898    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
1899                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1900    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1901    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
1902                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1903    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1904    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
1905                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1906    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1907    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1908    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
1909                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
1910                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1911    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
1912#else
1913    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1914    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1915    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1916    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1917    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
1918#endif
1919
1920    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
1921             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1922
1923!
1924!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1925!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1926!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1927    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
1928    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
1929                           ngp_3d_inner(:) )
1930    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
1931
1932    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
1933                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
1934
1935    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
1936
1937 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.