source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 183

Last change on this file since 183 was 181, checked in by raasch, 16 years ago

bugfixes + adjustments for SGI ICE system

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 49.1 KB
Line 
1#if defined( __ibmy_special )
2@PROCESS NOOPTimize
3#endif
4 SUBROUTINE init_3d_model
5
6!------------------------------------------------------------------------------!
7! Actual revisions:
8! -----------------
9! Bugfix: zero assignments to tendency arrays in case of restarts
10! Further amendments to and modifications in the initialisation of the plant
11! canopy model
12! Allocation of hom_sum moved to parin, initialization of spectrum_x|y directly
13! after allocating theses arrays,
14! read data for recycling added as new initialization option,
15! dummy allocation for diss
16!
17! Former revisions:
18! -----------------
19! $Id: init_3d_model.f90 181 2008-07-30 07:07:47Z letzel $
20!
21! 138 2007-11-28 10:03:58Z letzel
22! New counter ngp_2dh_s_inner.
23! Allow new case bc_uv_t = 'dirichlet_0' for channel flow.
24! Corrected calculation of initial volume flow for 'set_1d-model_profiles' and
25! 'set_constant_profiles' in case of buildings in the reference cross-sections.
26!
27! 108 2007-08-24 15:10:38Z letzel
28! Flux initialization in case of coupled runs, +momentum fluxes at top boundary,
29! +arrays for phase speed c_u, c_v, c_w, indices for u|v|w_m_l|r changed
30! +qswst_remote in case of atmosphere model with humidity coupled to ocean
31! Rayleigh damping for ocean, optionally calculate km and kh from initial
32! TKE e_init
33!
34! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
35! Initialization of salinity, call of init_ocean
36!
37! 87 2007-05-22 15:46:47Z raasch
38! var_hom and var_sum renamed pr_palm
39!
40! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
41! Arrays for radiation boundary conditions are allocated (u_m_l, u_m_r, etc.),
42! bugfix for cases with the outflow damping layer extending over more than one
43! subdomain, moisture renamed humidity,
44! new initializing action "by_user" calls user_init_3d_model,
45! precipitation_amount/rate, ts_value are allocated, +module netcdf_control,
46! initial velocities at nzb+1 are regarded for volume
47! flow control in case they have been set zero before (to avoid small timesteps)
48! -uvmean_outflow, uxrp, vynp eliminated
49!
50! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
51! +handling of top fluxes
52!
53! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
54!
55! Revision 1.49  2006/08/22 15:59:07  raasch
56! No optimization of this file on the ibmy (Yonsei Univ.)
57!
58! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
59! Initial revision
60!
61!
62! Description:
63! ------------
64! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
65! a) pre-run the 1D model
66! or
67! b) pre-set constant linear profiles
68! or
69! c) read values of a previous run
70!------------------------------------------------------------------------------!
71
72    USE arrays_3d
73    USE averaging
74    USE cloud_parameters
75    USE constants
76    USE control_parameters
77    USE cpulog
78    USE indices
79    USE interfaces
80    USE model_1d
81    USE netcdf_control
82    USE particle_attributes
83    USE pegrid
84    USE profil_parameter
85    USE random_function_mod
86    USE statistics
87
88    IMPLICIT NONE
89
90    INTEGER ::  i, j, k, sr
91
92    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_l, ngp_3d_inner_l
93
94    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l,  &
95         ngp_2dh_s_inner_l
96
97    REAL ::  a, b
98
99    REAL, DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l, volume_flow_initial_l
100
101
102!
103!-- Allocate arrays
104    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
105              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
106              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
107              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
108              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
109              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
110    ALLOCATE( rdf(nzb+1:nzt) )
111    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
112              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
113              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
114              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
115              rmask(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,0:statistic_regions),           &
116              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
117              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
118              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
119              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
120              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
121              ts_value(var_ts,0:statistic_regions) )
122    ALLOCATE( km_damp_x(nxl-1:nxr+1), km_damp_y(nys-1:nyn+1) )
123
124    ALLOCATE( rif_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), shf_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
125              ts(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), tswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
126              us(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), usws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
127              uswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                               &
128              vsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                                &
129              vswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), z0(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
130
131    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
132!
133!--    Leapfrog scheme needs two timelevels of diffusion quantities
134       ALLOCATE( rif_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
135                 shf_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
136                 tswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
137                 usws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
138                 uswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
139                 vswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
140                 vsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
141    ENDIF
142
143    ALLOCATE( d(nzb+1:nzta,nys:nyna,nxl:nxra),         &
144              e_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
145              e_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
146              e_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
147              kh_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
148              km_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
149              p(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),    &
150              pt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
151              pt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
152              pt_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
153              tend(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
154              u_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
155              u_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
156              u_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
157              v_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
158              v_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
159              v_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
160              w_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
161              w_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
162              w_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
163
164    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
165       ALLOCATE( kh_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
166                 km_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
167    ENDIF
168
169    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
170!
171!--    2D-humidity/scalar arrays
172       ALLOCATE ( qs(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),     &
173                  qsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
174                  qswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
175
176       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
177          ALLOCATE( qsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
178                    qswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
179       ENDIF
180!
181!--    3D-humidity/scalar arrays
182       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
183                 q_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
184                 q_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
185
186!
187!--    3D-arrays needed for humidity only
188       IF ( humidity )  THEN
189          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
190
191          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
192             ALLOCATE( vpt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
193          ENDIF
194
195          IF ( cloud_physics ) THEN
196!
197!--          Liquid water content
198             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
199!
200!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
201             ALLOCATE( precipitation_amount(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
202                       precipitation_rate(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
203          ENDIF
204
205          IF ( cloud_droplets )  THEN
206!
207!--          Liquid water content, change in liquid water content,
208!--          real volume of particles (with weighting), volume of particles
209             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
210                        ql_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
211                        ql_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
212                        ql_vp(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
213          ENDIF
214
215       ENDIF
216
217    ENDIF
218
219    IF ( ocean )  THEN
220       ALLOCATE( saswsb_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
221                 saswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
222       ALLOCATE( rho_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
223                 sa_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
224                 sa_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
225                 sa_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
226       rho => rho_1  ! routine calc_mean_profile requires density to be a
227                     ! pointer
228       IF ( humidity_remote )  THEN
229          ALLOCATE( qswst_remote(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
230          qswst_remote = 0.0
231       ENDIF
232    ENDIF
233
234!
235!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
236!-- particle velocities
237    IF ( use_sgs_for_particles )  THEN
238       ALLOCATE ( diss(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
239    ELSE
240       ALLOCATE ( diss(2,2,2) )  ! required because diss is used as a
241                                 ! formal parameter
242    ENDIF
243
244    IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
245       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
246                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
247       spectrum_x = 0.0
248       spectrum_y = 0.0
249    ENDIF
250
251!
252!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
253    IF ( plant_canopy ) THEN
254       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
255                  lad_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
256                  lad_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
257                  lad_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
258                  cdc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
259
260       IF ( passive_scalar ) THEN
261          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
262                     sec(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ) 
263       ENDIF
264
265       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
266          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
267                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
268       ENDIF
269
270    ENDIF
271
272!
273!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
274    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
275       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,1:4) )
276       rif_wall = 0.0
277    ENDIF
278
279!
280!-- Velocities at nzb+1 needed for volume flow control
281    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
282       ALLOCATE( u_nzb_p1_for_vfc(nys:nyn), v_nzb_p1_for_vfc(nxl:nxr) )
283       u_nzb_p1_for_vfc = 0.0
284       v_nzb_p1_for_vfc = 0.0
285    ENDIF
286
287!
288!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
289!-- are needed for radiation boundary conditions
290    IF ( outflow_l )  THEN
291       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,1:2), &
292                 v_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1), &
293                 w_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1) )
294    ENDIF
295    IF ( outflow_r )  THEN
296       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
297                 v_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
298                 w_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx) )
299    ENDIF
300    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
301       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), c_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), &
302                 c_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1) )
303    ENDIF
304    IF ( outflow_s )  THEN
305       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1), &
306                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxl-1:nxr+1), &
307                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1) )
308    ENDIF
309    IF ( outflow_n )  THEN
310       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
311                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
312                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1) )
313    ENDIF
314    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
315       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), c_v(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), &
316                 c_w(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1) )
317    ENDIF
318
319!
320!-- Initial assignment of the pointers
321    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
322
323       rif_m   => rif_1;    rif   => rif_2
324       shf_m   => shf_1;    shf   => shf_2
325       tswst_m => tswst_1;  tswst => tswst_2
326       usws_m  => usws_1;   usws  => usws_2
327       uswst_m => uswst_1;  uswst => uswst_2
328       vsws_m  => vsws_1;   vsws  => vsws_2
329       vswst_m => vswst_1;  vswst => vswst_2
330       e_m  => e_1;   e  => e_2;   e_p  => e_3;   te_m  => e_3
331       kh_m => kh_1;  kh => kh_2
332       km_m => km_1;  km => km_2
333       pt_m => pt_1;  pt => pt_2;  pt_p => pt_3;  tpt_m => pt_3
334       u_m  => u_1;   u  => u_2;   u_p  => u_3;   tu_m  => u_3
335       v_m  => v_1;   v  => v_2;   v_p  => v_3;   tv_m  => v_3
336       w_m  => w_1;   w  => w_2;   w_p  => w_3;   tw_m  => w_3
337
338       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
339          qsws_m  => qsws_1;   qsws  => qsws_2
340          qswst_m => qswst_1;  qswst => qswst_2
341          q_m    => q_1;     q    => q_2;     q_p => q_3;     tq_m => q_3
342          IF ( humidity )        vpt_m  => vpt_1;   vpt  => vpt_2
343          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
344          IF ( cloud_droplets )  THEN
345             ql   => ql_1
346             ql_c => ql_2
347          ENDIF
348       ENDIF
349
350    ELSE
351
352       rif   => rif_1
353       shf   => shf_1
354       tswst => tswst_1
355       usws  => usws_1
356       uswst => uswst_1
357       vsws  => vsws_1
358       vswst => vswst_1
359       e     => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3;   e_m  => e_3
360       kh    => kh_1
361       km    => km_1
362       pt    => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3;  pt_m => pt_3
363       u     => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3;   u_m  => u_3
364       v     => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3;   v_m  => v_3
365       w     => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3;   w_m  => w_3
366
367       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
368          qsws   => qsws_1
369          qswst  => qswst_1
370          q      => q_1;     q_p  => q_2;     tq_m  => q_3;    q_m => q_3
371          IF ( humidity )        vpt  => vpt_1
372          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
373          IF ( cloud_droplets )  THEN
374             ql   => ql_1
375             ql_c => ql_2
376          ENDIF
377       ENDIF
378
379       IF ( ocean )  THEN
380          saswsb => saswsb_1
381          saswst => saswst_1
382          sa     => sa_1;    sa_p => sa_2;    tsa_m => sa_3
383       ENDIF
384
385    ENDIF
386
387!
388!-- Initialize model variables
389    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
390         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_data_for_recycling' )  THEN
391!
392!--    First model run of a possible job queue.
393!--    Initial profiles of the variables must be computes.
394       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
395!
396!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
397!--       start 1D model
398          CALL init_1d_model
399!
400!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
401          DO  i = nxl-1, nxr+1
402             DO  j = nys-1, nyn+1
403                e(:,j,i)  = e1d
404                kh(:,j,i) = kh1d
405                km(:,j,i) = km1d
406                pt(:,j,i) = pt_init
407                u(:,j,i)  = u1d
408                v(:,j,i)  = v1d
409             ENDDO
410          ENDDO
411
412          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
413             DO  i = nxl-1, nxr+1
414                DO  j = nys-1, nyn+1
415                   q(:,j,i) = q_init
416                ENDDO
417             ENDDO
418          ENDIF
419
420          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
421             DO  i = nxl-1, nxr+1
422                DO  j = nys-1, nyn+1
423                   e(:,j,i)  = e1d
424                ENDDO
425             ENDDO
426!
427!--          Store initial profiles for output purposes etc.
428             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
429
430             IF ( prandtl_layer )  THEN
431                rif  = rif1d(nzb+1)
432                ts   = 0.0  ! could actually be computed more accurately in the
433                            ! 1D model. Update when opportunity arises.
434                us   = us1d
435                usws = usws1d
436                vsws = vsws1d
437             ELSE
438                ts   = 0.0  ! must be set, because used in
439                rif  = 0.0  ! flowste
440                us   = 0.0
441                usws = 0.0
442                vsws = 0.0
443             ENDIF
444
445          ELSE
446             e    = 0.0  ! must be set, because used in
447             rif  = 0.0  ! flowste
448             ts   = 0.0
449             us   = 0.0
450             usws = 0.0
451             vsws = 0.0
452          ENDIF
453          uswst = top_momentumflux_u
454          vswst = top_momentumflux_v
455
456!
457!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
458!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
459!--       Update when opportunity arises!
460          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  qs = 0.0
461
462!
463!--       inside buildings set velocities back to zero
464          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
465             DO  i = nxl-1, nxr+1
466                DO  j = nys-1, nyn+1
467                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0
468                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0
469                ENDDO
470             ENDDO
471             IF ( conserve_volume_flow )  THEN
472                IF ( nxr == nx )  THEN
473                   DO  j = nys, nyn
474                      DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx)
475                         u_nzb_p1_for_vfc(j) = u1d(k) * dzu(k)
476                      ENDDO
477                   ENDDO
478                ENDIF
479                IF ( nyn == ny )  THEN
480                   DO  i = nxl, nxr
481                      DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i)
482                         v_nzb_p1_for_vfc(i) = v1d(k) * dzu(k)
483                      ENDDO
484                   ENDDO
485                ENDIF
486             ENDIF
487!
488!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
489!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
490!--                   below the topography; need to correct later
491!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
492!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
493!--                     the topography.
494             IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
495!
496!--             Satisfying the Dirichlet condition with an extra layer below
497!--             the surface where the u and v component change their sign.
498                DO  i = nxl-1, nxr+1
499                   DO  j = nys-1, nyn+1
500                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = -u(1,j,i)
501                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = -v(1,j,i)
502                   ENDDO
503                ENDDO
504
505             ELSE
506!
507!--             Neumann condition
508                DO  i = nxl-1, nxr+1
509                   DO  j = nys-1, nyn+1
510                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
511                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
512                   ENDDO
513                ENDDO
514
515             ENDIF
516
517          ENDIF
518
519       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
520       THEN
521!
522!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
523!--       temperature profile with constant gradient)
524          DO  i = nxl-1, nxr+1
525             DO  j = nys-1, nyn+1
526                pt(:,j,i) = pt_init
527                u(:,j,i)  = u_init
528                v(:,j,i)  = v_init
529             ENDDO
530          ENDDO
531
532!
533!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid levels
534!--       to zero in order to avoid too small time steps caused by the diffusion
535!--       limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs in the
536!--       limiting formula!). The original values are stored to be later used for
537!--       volume flow control.
538          DO  i = nxl-1, nxr+1
539             DO  j = nys-1, nyn+1
540                u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
541                v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
542             ENDDO
543          ENDDO
544          IF ( conserve_volume_flow )  THEN
545             IF ( nxr == nx )  THEN
546                DO  j = nys, nyn
547                   DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx) + 1
548                      u_nzb_p1_for_vfc(j) = u_init(k) * dzu(k)
549                   ENDDO
550                ENDDO
551             ENDIF
552             IF ( nyn == ny )  THEN
553                DO  i = nxl, nxr
554                   DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i) + 1
555                      v_nzb_p1_for_vfc(i) = v_init(k) * dzu(k)
556                   ENDDO
557                ENDDO
558             ENDIF
559          ENDIF
560
561          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
562             DO  i = nxl-1, nxr+1
563                DO  j = nys-1, nyn+1
564                   q(:,j,i) = q_init
565                ENDDO
566             ENDDO
567          ENDIF
568
569          IF ( ocean )  THEN
570             DO  i = nxl-1, nxr+1
571                DO  j = nys-1, nyn+1
572                   sa(:,j,i) = sa_init
573                ENDDO
574             ENDDO
575          ENDIF
576         
577          IF ( constant_diffusion )  THEN
578             km   = km_constant
579             kh   = km / prandtl_number
580             e    = 0.0
581          ELSEIF ( e_init > 0.0 )  THEN
582             DO  k = nzb+1, nzt
583                km(k,:,:) = 0.1 * l_grid(k) * SQRT( e_init )
584             ENDDO
585             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
586             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
587             kh   = km / prandtl_number
588             e    = e_init
589          ELSE
590             IF ( .NOT. ocean )  THEN
591                kh   = 0.01   ! there must exist an initial diffusion, because
592                km   = 0.01   ! otherwise no TKE would be produced by the
593                              ! production terms, as long as not yet
594                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
595             ELSE
596                kh   = 0.00001
597                km   = 0.00001
598             ENDIF
599             e    = 0.0
600          ENDIF
601          rif   = 0.0
602          ts    = 0.0
603          us    = 0.0
604          usws  = 0.0
605          uswst = top_momentumflux_u
606          vsws  = 0.0
607          vswst = top_momentumflux_v
608          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0
609
610!
611!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
612!--       of a sloping surface
613          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
614
615       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
616       THEN
617!
618!--       Initialization will completely be done by the user
619          CALL user_init_3d_model
620
621       ENDIF
622
623!
624!--    Apply channel flow boundary condition
625       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
626
627          u(nzt+1,:,:) = 0.0
628          v(nzt+1,:,:) = 0.0
629
630!--       For the Dirichlet condition to be correctly applied at the top, set
631!--       ug and vg to zero there
632          ug(nzt+1)    = 0.0
633          vg(nzt+1)    = 0.0
634
635       ENDIF
636
637!
638!--    Calculate virtual potential temperature
639       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0 + 0.61 * q )
640
641!
642!--    Store initial profiles for output purposes etc.
643       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
644       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
645       IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
646          hom(nzb,1,5,:) = -hom(nzb+1,1,5,:)  ! due to satisfying the Dirichlet
647          hom(nzb,1,6,:) = -hom(nzb+1,1,6,:)  ! condition with an extra layer
648              ! below the surface where the u and v component change their sign
649       ENDIF
650       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
651       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
652       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
653
654       IF ( ocean )  THEN
655!
656!--       Store initial salinity profile
657          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
658       ENDIF
659
660       IF ( humidity )  THEN
661!
662!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
663!--       temperature
664          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
665          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
666          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
667!
668!--          Store initial profile of specific humidity and potential
669!--          temperature
670             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
671             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
672          ENDIF
673       ENDIF
674
675       IF ( passive_scalar )  THEN
676!
677!--       Store initial scalar profile
678          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
679       ENDIF
680
681!
682!--    Initialize fluxes at bottom surface
683       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
684
685          IF ( constant_heatflux )  THEN
686!
687!--          Heat flux is prescribed
688             IF ( random_heatflux )  THEN
689                CALL disturb_heatflux
690             ELSE
691                shf = surface_heatflux
692!
693!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
694                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
695                   DO  i = nxl-1, nxr+1
696                      DO  j = nys-1, nyn+1
697                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
698                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
699                         ENDIF
700                      ENDDO
701                   ENDDO
702                ENDIF
703             ENDIF
704             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = shf
705          ENDIF
706
707!
708!--       Determine the near-surface water flux
709          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
710             IF ( constant_waterflux )  THEN
711                qsws   = surface_waterflux
712                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )  qsws_m = qsws
713             ENDIF
714          ENDIF
715
716       ENDIF
717
718!
719!--    Initialize fluxes at top surface
720!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
721!--    The latent flux is zero in this case!
722       IF ( use_top_fluxes )  THEN
723
724          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
725!
726!--          Heat flux is prescribed
727             tswst = top_heatflux
728             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
729
730             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
731                qswst = 0.0
732                IF ( ASSOCIATED( qswst_m ) )  qswst_m = qswst
733             ENDIF
734
735             IF ( ocean )  THEN
736                saswsb = bottom_salinityflux
737                saswst = top_salinityflux
738             ENDIF
739          ENDIF
740
741!
742!--       Initialization in case of a coupled model run
743          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
744             tswst = 0.0
745             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
746          ENDIF
747
748       ENDIF
749
750!
751!--    Initialize Prandtl layer quantities
752       IF ( prandtl_layer )  THEN
753
754          z0 = roughness_length
755
756          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
757!
758!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
759!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
760!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
761!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
762!--          value in the course of the first few time steps.
763             shf   = 0.0
764             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = 0.0
765          ENDIF
766
767          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
768             IF ( .NOT. constant_waterflux )  THEN
769                qsws   = 0.0
770                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )   qsws_m = 0.0
771             ENDIF
772          ENDIF
773
774       ENDIF
775
776!
777!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
778       IF ( conserve_volume_flow )  THEN
779
780          volume_flow_initial_l = 0.0
781          volume_flow_area_l    = 0.0
782 
783          IF ( nxr == nx )  THEN
784             DO  j = nys, nyn
785                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
786                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
787                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
788                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
789                ENDDO
790!
791!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
792                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
793                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
794             ENDDO
795          ENDIF
796
797          IF ( nyn == ny )  THEN
798             DO  i = nxl, nxr
799                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
800                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
801                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
802                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
803                ENDDO
804!
805!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
806                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
807                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
808             ENDDO
809          ENDIF
810
811#if defined( __parallel )
812          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
813                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
814          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
815                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
816#else
817          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
818          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
819#endif 
820       ENDIF
821
822!
823!--    For the moment, perturbation pressure and vertical velocity are zero
824       p = 0.0; w = 0.0
825
826!
827!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
828       sums = 0.0
829
830!
831!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
832!--    are zero at beginning of the simulation
833       IF ( cloud_physics )  THEN
834          ql = 0.0
835          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0
836       ENDIF
837
838!
839!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
840       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
841          CALL init_rankine
842       ENDIF
843
844!
845!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
846       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
847          CALL init_pt_anomaly
848       ENDIF
849
850!
851!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
852       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
853          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
854       ENDIF
855
856!
857!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
858!--    run
859       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
860            q_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
861          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
862       ENDIF
863
864!
865!--    Initialize the random number generator (from numerical recipes)
866       CALL random_function_ini
867
868!
869!--    Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
870!--    remove the divergences from the velocity field
871       IF ( create_disturbances )  THEN
872          CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
873          CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
874          n_sor = nsor_ini
875          CALL pres
876          n_sor = nsor
877       ENDIF
878
879!
880!--    Once again set the perturbation pressure explicitly to zero in order to
881!--    assure that it does not generate any divergences in the first time step.
882!--    At t=0 the velocity field is free of divergence (as constructed above).
883!--    Divergences being created during a time step are not yet known and thus
884!--    cannot be corrected during the time step yet.
885       p = 0.0
886
887!
888!--    Initialize old and new time levels.
889       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
890          e_m = e; pt_m = pt; u_m = u; v_m = v; w_m = w; kh_m = kh; km_m = km
891       ELSE
892          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
893       ENDIF
894       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
895
896       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
897          IF ( ASSOCIATED( q_m ) )  q_m = q
898          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  tq_m = 0.0
899          q_p = q
900          IF ( humidity  .AND.  ASSOCIATED( vpt_m ) )  vpt_m = vpt
901       ENDIF
902
903       IF ( ocean )  THEN
904          tsa_m = 0.0
905          sa_p  = sa
906       ENDIF
907
908
909    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
910             TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  &
911    THEN
912!
913!--    When reading data for initializing the recycling method, first read
914!--    some of the global variables from restart file
915       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  THEN
916
917          WRITE (9,*) 'before read_parts_of_var_list'
918          CALL local_flush( 9 )
919          CALL read_parts_of_var_list
920          WRITE (9,*) 'after read_parts_of_var_list'
921          CALL local_flush( 9 )
922          CALL close_file( 13 )
923!
924!--       Store temporally and horizontally averaged vertical profiles to be
925!--       used as mean inflow profiles
926          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
927
928          mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
929          mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
930          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)    ! pt
931          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)    ! e
932
933!
934!--       Use these mean profiles for the inflow (provided that Dirichlet
935!--       conditions are used)
936          IF ( inflow_l )  THEN
937             DO  j = nys-1, nyn+1
938                DO  k = nzb, nzt+1
939                   u(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
940                   v(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
941                   w(k,j,-1)  = 0.0
942                   pt(k,j,-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
943                   e(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
944                ENDDO
945             ENDDO
946          ENDIF
947
948!
949!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
950!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
951!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
952!--       in time.
953          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9 )  THEN
954!
955!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun
956             inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
957
958          ENDIF
959
960          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9 )  THEN
961!
962!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped layer
963             inflow_damping_width = 0.1 * inflow_damping_height
964
965          ENDIF
966
967          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
968
969          DO  k = nzb, nzt+1
970
971             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
972                inflow_damping_factor(k) = 1.0
973             ELSEIF ( zu(k) <= inflow_damping_height + inflow_damping_width ) &
974             THEN
975                inflow_damping_factor(k) = 1.0 -                               &
976                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
977                                           inflow_damping_width
978             ELSE
979                inflow_damping_factor(k) = 0.0
980             ENDIF
981
982          ENDDO
983
984       ENDIF
985
986!
987!--    Read binary data from restart file
988          WRITE (9,*) 'before read_3d_binary'
989          CALL local_flush( 9 )
990       CALL read_3d_binary
991          WRITE (9,*) 'after read_3d_binary'
992          CALL local_flush( 9 )
993
994!
995!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
996       IF ( conserve_volume_flow  .AND.  &
997            TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  THEN
998
999          volume_flow_initial_l = 0.0
1000          volume_flow_area_l    = 0.0
1001 
1002          IF ( nxr == nx )  THEN
1003             DO  j = nys, nyn
1004                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
1005                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1006                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
1007                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
1008                ENDDO
1009!
1010!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1011                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1012                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
1013             ENDDO
1014          ENDIF
1015
1016          IF ( nyn == ny )  THEN
1017             DO  i = nxl, nxr
1018                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
1019                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1020                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
1021                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
1022                ENDDO
1023!
1024!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1025                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1026                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
1027             ENDDO
1028          ENDIF
1029
1030#if defined( __parallel )
1031          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1032                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1033          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1034                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1035#else
1036          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1037          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1038#endif 
1039       ENDIF
1040
1041
1042!
1043!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1044!--    of a sloping surface
1045       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1046
1047!
1048!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1049!--    including ghost points)
1050       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1051       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  q_p = q
1052       IF ( ocean )  sa_p = sa
1053
1054!
1055!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1056!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1057!--    there before they are set.
1058       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1059          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
1060          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  tq_m = 0.0
1061          IF ( ocean )  tsa_m = 0.0
1062       ENDIF
1063
1064    ELSE
1065!
1066!--    Actually this part of the programm should not be reached
1067       IF ( myid == 0 )  PRINT*,'+++ init_3d_model: unknown initializing ', &
1068                                                    'problem'
1069       CALL local_stop
1070    ENDIF
1071
1072
1073    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1074!
1075!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1076       IF ( outflow_l )  THEN
1077          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1078          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1079          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1080       ENDIF
1081       IF ( outflow_r )  THEN
1082          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1083          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1084          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1085       ENDIF
1086       IF ( outflow_s )  THEN
1087          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1088          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1089          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1090       ENDIF
1091       IF ( outflow_n )  THEN
1092          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1093          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1094          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1095       ENDIF
1096
1097    ENDIF
1098
1099!
1100!-- Initialization of the leaf area density
1101    IF ( plant_canopy ) THEN
1102 
1103       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1104
1105          CASE( 'block' )
1106
1107             DO  i = nxl-1, nxr+1
1108                DO  j = nys-1, nyn+1
1109                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1110                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
1111                   IF ( passive_scalar ) THEN
1112                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1113                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1114                   ENDIF
1115                ENDDO
1116             ENDDO
1117
1118          CASE DEFAULT
1119
1120!
1121!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1122!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1123!--          user has coded a special case in the user interface.
1124!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1125!--          which of these two conditions applies.
1126             CALL user_init_plant_canopy
1127 
1128          END SELECT
1129
1130       CALL exchange_horiz( lad_s )
1131       CALL exchange_horiz( cdc )
1132
1133       IF ( passive_scalar ) THEN
1134          CALL exchange_horiz( sls )
1135          CALL exchange_horiz( sec )
1136       ENDIF
1137
1138!
1139!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1140!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1141!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1142!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1143!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1144
1145       DO  i = nxl, nxr
1146          DO  j = nys, nyn
1147             DO  k = nzb, nzt+1 
1148                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0 ) THEN
1149                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1150                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1151                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1152                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1153                ENDIF
1154             ENDDO
1155             DO  k = nzb, nzt
1156                lad_w(k,j,i) = 0.5 * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
1157             ENDDO
1158          ENDDO
1159       ENDDO
1160
1161       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0
1162       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
1163
1164       CALL exchange_horiz( lad_u )
1165       CALL exchange_horiz( lad_v )
1166       CALL exchange_horiz( lad_w )
1167
1168!
1169!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
1170       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
1171!
1172!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1173!--       integration of the leaf area density
1174          lai(:,:,:) = 0.0
1175          DO  i = nxl-1, nxr+1
1176             DO  j = nys-1, nyn+1
1177                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1178                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
1179                                ( 0.5 * ( lad_w(k+1,j,i) +       &
1180                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1181                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
1182                                ( 0.5 * ( lad_w(k,j,i)   +       &
1183                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1184                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1185                ENDDO
1186             ENDDO
1187          ENDDO
1188
1189!
1190!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1191!--       canopy
1192          DO  i = nxl-1, nxr+1
1193             DO  j = nys-1, nyn+1
1194                DO  k = 0, pch_index
1195                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
1196                                             exp( -0.6 * lai(k,j,i) )
1197                ENDDO
1198             ENDDO
1199          ENDDO
1200
1201!
1202!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1203!--       distribution within the canopy
1204          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1205
1206          IF ( ASSOCIATED( shf_m ) ) shf_m = shf
1207
1208       ENDIF
1209
1210    ENDIF
1211
1212!
1213!-- If required, initialize dvrp-software
1214    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9 )  CALL init_dvrp
1215
1216    IF ( ocean )  THEN
1217!
1218!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1219       CALL init_ocean
1220    ELSE
1221!
1222!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1223!--    This routine must be called before init_particles, because
1224!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1225!--    init_particles) is not defined.
1226       CALL init_cloud_physics
1227    ENDIF
1228
1229!
1230!-- If required, initialize particles
1231    IF ( particle_advection )  CALL init_particles
1232
1233!
1234!-- Initialize quantities for special advections schemes
1235    CALL init_advec
1236
1237!
1238!-- Initialize Rayleigh damping factors
1239    rdf = 0.0
1240    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0 )  THEN
1241       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1242          DO  k = nzb+1, nzt
1243             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1244                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1245                      ( SIN( pi * 0.5 * ( zu(k) - rayleigh_damping_height )    &
1246                                      / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
1247                      )**2
1248             ENDIF
1249          ENDDO
1250       ELSE
1251          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1252             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1253                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1254                      ( SIN( pi * 0.5 * ( rayleigh_damping_height - zu(k) )    &
1255                                      / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
1256                      )**2
1257             ENDIF
1258          ENDDO
1259       ENDIF
1260    ENDIF
1261
1262!
1263!-- Initialize diffusivities used within the outflow damping layer in case of
1264!-- non-cyclic lateral boundaries. A linear increase is assumed over the first
1265!-- half of the width of the damping layer
1266    IF ( bc_lr == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1267
1268       DO  i = nxl-1, nxr+1
1269          IF ( i >= nx - outflow_damping_width )  THEN
1270             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1271                            ( i - ( nx - outflow_damping_width ) ) /   &
1272                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1273                                             )
1274          ELSE
1275             km_damp_x(i) = 0.0
1276          ENDIF
1277       ENDDO
1278
1279    ELSEIF ( bc_lr == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1280
1281       DO  i = nxl-1, nxr+1
1282          IF ( i <= outflow_damping_width )  THEN
1283             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1284                            ( outflow_damping_width - i ) /            &
1285                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1286                                             )
1287          ELSE
1288             km_damp_x(i) = 0.0
1289          ENDIF
1290       ENDDO
1291
1292    ENDIF
1293
1294    IF ( bc_ns == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1295
1296       DO  j = nys-1, nyn+1
1297          IF ( j >= ny - outflow_damping_width )  THEN
1298             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1299                            ( j - ( ny - outflow_damping_width ) ) /   &
1300                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1301                                             )
1302          ELSE
1303             km_damp_y(j) = 0.0
1304          ENDIF
1305       ENDDO
1306
1307    ELSEIF ( bc_ns == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1308
1309       DO  j = nys-1, nyn+1
1310          IF ( j <= outflow_damping_width )  THEN
1311             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1312                            ( outflow_damping_width - j ) /            &
1313                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1314                                             )
1315          ELSE
1316             km_damp_y(j) = 0.0
1317          ENDIF
1318       ENDDO
1319
1320    ENDIF
1321
1322!
1323!-- Initialize local summation arrays for UP flow_statistics. This is necessary
1324!-- because they may not yet have been initialized when they are called from
1325!-- flow_statistics (or - depending on the chosen model run - are never
1326!-- initialized)
1327    sums_divnew_l      = 0.0
1328    sums_divold_l      = 0.0
1329    sums_l_l           = 0.0
1330    sums_up_fraction_l = 0.0
1331    sums_wsts_bc_l     = 0.0
1332
1333!
1334!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1335    rmask = 1.0
1336
1337!
1338!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1339!-- of allowed timeseries is not exceeded
1340    CALL user_init
1341
1342    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1343       IF ( myid == 0 )  THEN
1344          PRINT*, '+++ user_init: number of time series quantities exceeds', &
1345                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max
1346          PRINT*, '    Please increase dots_max in modules.f90.'
1347       ENDIF
1348       CALL local_stop
1349    ENDIF
1350
1351!
1352!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1353!-- after call of user_init!
1354    CALL close_file( 13 )
1355
1356!
1357!-- Compute total sum of active mask grid points
1358!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1359!--          total domain
1360!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1361    ngp_2dh_outer_l   = 0
1362    ngp_2dh_outer     = 0
1363    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1364    ngp_2dh_s_inner   = 0
1365    ngp_2dh_l         = 0
1366    ngp_2dh           = 0
1367    ngp_3d_inner_l    = 0
1368    ngp_3d_inner      = 0
1369    ngp_3d            = 0
1370    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1371
1372    DO  sr = 0, statistic_regions
1373       DO  i = nxl, nxr
1374          DO  j = nys, nyn
1375             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0 )  THEN
1376!
1377!--             All xy-grid points
1378                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1379!
1380!--             xy-grid points above topography
1381                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1382                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1383                ENDDO
1384                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1385                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1386                ENDDO
1387!
1388!--             All grid points of the total domain above topography
1389                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1390                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1391             ENDIF
1392          ENDDO
1393       ENDDO
1394    ENDDO
1395
1396    sr = statistic_regions + 1
1397#if defined( __parallel )
1398    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,  &
1399                        comm2d, ierr )
1400    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr, &
1401                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1402    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),        &
1403                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1404    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner(0), sr, MPI_INTEGER, &
1405                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1406#else
1407    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1408    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1409    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1410    ngp_3d_inner    = ngp_3d_inner_l
1411#endif
1412
1413    ngp_3d = ngp_2dh * ( nz + 2 )
1414
1415!
1416!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1417!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1418!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1419    ngp_2dh_outer = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:) ) 
1420    ngp_3d_inner  = MAX( 1, ngp_3d_inner(:)    )
1421
1422    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l )
1423
1424
1425 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.