source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1914

Last change on this file since 1914 was 1914, checked in by witha, 7 years ago

Merged branch/forwind into trunk

  • Property svn:keywords set to Id
  • Property svn:mergeinfo set to False
    /palm/branches/forwind/SOURCE/init_3d_model.f901564-1913
File size: 70.2 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 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha $
26!
27! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
28! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
29!
30! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
31! Adapted for modularization of microphysics.
32! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
33! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
34! microphysics_init.
35!
36! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
37! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
38!
39! 1839 2016-04-07 18:48:14Z witha
40! Renamed calls for wind turbine model
41!
42! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
43! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
44!
45! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
46! turbulence renamed collision_turbulence
47!
48! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
49! Renamed radiation calls.
50! Renamed canopy model calls.
51!
52! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
53! icloud_scheme replaced by microphysics_*
54!
55! 1819 2016-04-06 21:05:15Z witha
56! Added initialization of the wind turbine model
57!
58! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
59! Renamed lsm calls.
60!
61! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
62! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
63! in r1762)
64!
65! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
66! Added z0q.
67! Syntax layout improved.
68!
69! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
70! netcdf module name changed + related changes
71!
72! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
73! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
74!
75! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
76! Introduction of nested domain feature
77!
78! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
79! calculate mean surface level height for each statistic region
80!
81! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
82! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
83! set zero
84!
85! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
86! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
87! devision by zero in neutral stratification
88!
89! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
90! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
91!
92! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
93! Code annotations made doxygen readable
94!
95! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
96! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
97!
98! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
99! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
100!
101! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
102! adjustments for psolver-queries
103!
104! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
105! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
106! which is part of land_surface_model.
107!
108! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
109! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
110!
111! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
112! Added initialization of the land surface and radiation schemes
113!
114! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
115! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
116! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
117! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
118! call of subroutine init_plant_canopy added.
119!
120! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
121! var_d added, in order to normalize spectra.
122!
123! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
124! Ensemble run capability added to parallel random number generator
125!
126! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
127! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
128! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
129!
130! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
131! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
132! no-slip boundary condition for uv
133!
134! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
135! location messages modified
136!
137! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
138! Parallel random number generator added
139!
140! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
141! location messages added
142!
143! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
144! tend_* removed
145! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
146!
147! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
148! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
149! module
150!
151! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
152! REAL constants provided with KIND-attribute
153!
154! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
155! REAL constants defined as wp-kind
156!
157! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
158! REAL constants defined as wp-kind
159! module interfaces removed
160!
161! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
162! ONLY-attribute added to USE-statements,
163! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
164! kinds are defined in new module kinds,
165! revision history before 2012 removed,
166! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
167! all variable declaration statements
168!
169! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
170! Bugfix: allocation of w_subs
171!
172! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
173! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
174! with large scale forcing data (LSF_DATA)
175!
176! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
177! Overwrite initial profiles in case of nudging
178! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
179!
180! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
181! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
182! copy
183!
184! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
185! array tri is allocated and included in data copy statement
186!
187! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
188! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
189!
190! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
191! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
192!
193! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
194! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
195!
196! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
197! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
198!
199! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
200! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
201! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
202!
203! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
204! unused variables removed
205!
206! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
207! openACC directive modified
208!
209! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
210! openACC directives added for pres
211! array diss allocated only if required
212!
213! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
214! unused variables removed
215!
216! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
217! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
218!
219! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
220! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
221! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
222! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
223! +tend_*, prr
224!
225! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
226! code put under GPL (PALM 3.9)
227!
228! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
229! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
230!
231! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
232! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
233!
234! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
235! mask is set to zero for ghost boundaries
236!
237! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
238! cpp switch __nopointer added for pointer free version
239!
240! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
241! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
242!
243! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
244! all actions concerning leapfrog scheme removed
245!
246! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
247! little reformatting
248!
249! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
250! outflow damping layer removed
251! roughness length for scalar quantites z0h added
252! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
253! boundaries added
254! initialization of ptdf_x, ptdf_y
255! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
256!
257! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
258! init_particles renamed lpm_init
259!
260! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
261! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
262!
263! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
264! Initial revision
265!
266!
267! Description:
268! ------------
269!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
270!> a) pre-run the 1D model
271!> or
272!> b) pre-set constant linear profiles
273!> or
274!> c) read values of a previous run
275!------------------------------------------------------------------------------!
276 SUBROUTINE init_3d_model
277 
278
279    USE advec_ws
280
281    USE arrays_3d
282
283    USE constants,                                                             &
284        ONLY:  pi
285   
286    USE control_parameters
287   
288    USE grid_variables,                                                        &
289        ONLY:  dx, dy
290   
291    USE indices
292
293    USE lpm_init_mod,                                                          &
294        ONLY:  lpm_init
295   
296    USE kinds
297
298    USE land_surface_model_mod,                                                &
299        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays, land_surface
300 
301    USE ls_forcing_mod
302
303    USE microphysics_mod,                                                      &
304        ONLY:  collision_turbulence, microphysics_init
305
306    USE model_1d,                                                              &
307        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d 
308   
309    USE netcdf_interface,                                                      &
310        ONLY:  dots_max, dots_num
311   
312    USE particle_attributes,                                                   &
313        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
314   
315    USE pegrid
316   
317    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
318        ONLY:  pcm_init, plant_canopy
319
320    USE radiation_model_mod,                                                   &
321        ONLY:  radiation_init, radiation
322   
323    USE random_function_mod 
324   
325    USE random_generator_parallel,                                             &
326        ONLY:  random_number_parallel, random_seed_parallel, random_dummy,     &
327               id_random_array, seq_random_array
328   
329    USE statistics,                                                            &
330        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
331               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
332               sums_l_l, sums_up_fraction_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,         &
333               weight_pres, weight_substep
334 
335    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
336        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
337   
338    USE transpose_indices 
339
340    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
341        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays, wind_turbine
342
343    IMPLICIT NONE
344
345    INTEGER(iwp) ::  i             !<
346    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
347    INTEGER(iwp) ::  j             !<
348    INTEGER(iwp) ::  k             !<
349    INTEGER(iwp) ::  sr            !<
350
351    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
352
353    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
354    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
355
356    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
357    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
358
359    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
360    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
361    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
362
363
364    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
365!
366!-- Allocate arrays
367    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
368              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
369              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
370              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
371              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
372              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
373              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
374              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
375              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
376    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
377    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
378              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
379              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
380              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
381              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
382              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
383              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
384              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
385              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                    &
386              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
387              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
388    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
389
390    ALLOCATE( ol(nysg:nyng,nxlg:nxrg), shf(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
391              ts(nysg:nyng,nxlg:nxrg), tswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
392              us(nysg:nyng,nxlg:nxrg), usws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
393              uswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), vsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),           &
394              vswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0(nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
395              z0h(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0q(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
396
397    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
398              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
399              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
400              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
401              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
402
403#if defined( __nopointer )
404    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
405              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
406              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
407              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
408              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
409              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
410              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
411              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
412              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
413              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
414              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
415              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
416              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
417              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
418              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
419#else
420    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
421              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
422              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
423              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
424              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
425              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
426              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
427              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
428              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
429              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
430              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
431              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
432              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
433              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
434    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
435       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
436    ENDIF
437#endif
438
439!
440!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
441!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
442!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
443!-- solver.
444    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
445       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
446    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
447!
448!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
449       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
450    ENDIF
451
452!
453!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
454    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
455       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
456       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
457    ENDIF
458
459    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
460!
461!--    2D-humidity/scalar arrays
462       ALLOCATE ( qs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                     &
463                  qsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                   &
464                  qswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
465
466!
467!--    3D-humidity/scalar arrays
468#if defined( __nopointer )
469       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
470                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
471                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
472#else
473       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
474                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
475                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
476#endif
477
478!
479!--    3D-arrays needed for humidity only
480       IF ( humidity )  THEN
481#if defined( __nopointer )
482          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
483#else
484          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
485#endif
486
487          IF ( cloud_physics )  THEN
488
489!
490!--          Liquid water content
491#if defined( __nopointer )
492             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
493#else
494             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
495#endif
496!
497!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
498             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
499                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
500
501!
502!--          3D-cloud water content
503#if defined( __nopointer )
504             ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
505#else
506             ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
507#endif
508!
509!--          3d-precipitation rate
510             ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
511
512             IF ( microphysics_seifert )  THEN
513!
514!--             2D-rain water content and rain drop concentration arrays
515                ALLOCATE ( qrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
516                           qrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
517                           qrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
518                           nrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
519                           nrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
520                           nrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
521!
522!--             3D-rain water content, rain drop concentration arrays
523#if defined( __nopointer )
524                ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
525                          nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
526                          qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
527                          qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
528                          tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
529                          tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
530#else
531                ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
532                          nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
533                          nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
534                          qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
535                          qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
536                          qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
537#endif
538             ENDIF
539
540          ENDIF
541
542          IF ( cloud_droplets )  THEN
543!
544!--          Liquid water content, change in liquid water content
545#if defined( __nopointer )
546             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
547                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
548#else
549             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
550                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
551#endif
552!
553!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
554             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
555                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
556          ENDIF
557
558       ENDIF
559
560    ENDIF
561
562    IF ( ocean )  THEN
563       ALLOCATE( saswsb(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                  &
564                 saswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
565#if defined( __nopointer )
566       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
567                 rho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
568                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
569                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
570                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
571#else
572       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
573                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
574                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
575                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
576                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
577       prho => prho_1
578       rho  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
579                      ! density to be apointer
580#endif
581       IF ( humidity_remote )  THEN
582          ALLOCATE( qswst_remote(nysg:nyng,nxlg:nxrg))
583          qswst_remote = 0.0_wp
584       ENDIF
585    ENDIF
586
587!
588!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
589!-- particle velocities
590    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  collision_turbulence  &
591         .OR.  num_acc_per_node > 0 )  THEN
592       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
593    ENDIF
594
595!
596!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
597    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
598       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
599       w_subs = 0.0_wp
600    ENDIF
601
602!
603!-- ID-array and state-space-array for the parallel random number generator
604    IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
605       ALLOCATE ( seq_random_array(5,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
606       ALLOCATE ( id_random_array(0:ny,0:nx) )
607       seq_random_array = 0
608       id_random_array  = 0
609    ENDIF
610   
611!
612!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
613    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
614       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg,1:4) )
615       rif_wall = 0.0_wp
616    ENDIF
617
618!
619!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
620!-- are needed for radiation boundary conditions
621    IF ( outflow_l )  THEN
622       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
623                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
624                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
625    ENDIF
626    IF ( outflow_r )  THEN
627       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
628                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
629                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
630    ENDIF
631    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
632       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
633                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
634    ENDIF
635    IF ( outflow_s )  THEN
636       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
637                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
638                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
639    ENDIF
640    IF ( outflow_n )  THEN
641       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
642                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
643                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
644    ENDIF
645    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
646       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
647                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
648    ENDIF
649    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
650       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
651       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
652    ENDIF
653
654
655#if ! defined( __nopointer )
656!
657!-- Initial assignment of the pointers
658    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
659    IF ( .NOT. neutral )  THEN
660       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
661    ELSE
662       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
663    ENDIF
664    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
665    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
666    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
667
668    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
669       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
670       IF ( humidity )  THEN
671          vpt  => vpt_1   
672          IF ( cloud_physics )  THEN
673             ql => ql_1
674             qc => qc_1
675             IF ( microphysics_seifert )  THEN
676                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
677                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
678             ENDIF
679          ENDIF
680       ENDIF
681       IF ( cloud_droplets )  THEN
682          ql   => ql_1
683          ql_c => ql_2
684       ENDIF
685    ENDIF
686
687    IF ( ocean )  THEN
688       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
689    ENDIF
690#endif
691
692!
693!-- Allocate land surface model arrays
694    IF ( land_surface )  THEN
695       CALL lsm_init_arrays
696    ENDIF
697
698!
699!-- Allocate wind turbine model arrays
700    IF ( wind_turbine )  THEN
701       CALL wtm_init_arrays
702    ENDIF
703
704!
705!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
706!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
707!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
708!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
709!-- will be set.
710    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
711              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
712    weight_substep = 1.0_wp
713    weight_pres    = 1.0_wp
714    intermediate_timestep_count = 1  ! needed when simulated_time = 0.0
715       
716    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
717!
718!-- Initialize model variables
719    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
720         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
721!
722!--    First model run of a possible job queue.
723!--    Initial profiles of the variables must be computes.
724       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
725
726          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
727!
728!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
729!--       start 1D model
730          CALL init_1d_model
731!
732!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
733          DO  i = nxlg, nxrg
734             DO  j = nysg, nyng
735                e(:,j,i)  = e1d
736                kh(:,j,i) = kh1d
737                km(:,j,i) = km1d
738                pt(:,j,i) = pt_init
739                u(:,j,i)  = u1d
740                v(:,j,i)  = v1d
741             ENDDO
742          ENDDO
743
744          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
745             DO  i = nxlg, nxrg
746                DO  j = nysg, nyng
747                   q(:,j,i) = q_init
748                ENDDO
749             ENDDO
750             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
751                DO  i = nxlg, nxrg
752                   DO  j = nysg, nyng
753                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
754                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
755                   ENDDO
756                ENDDO
757
758             ENDIF
759          ENDIF
760
761          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
762             DO  i = nxlg, nxrg
763                DO  j = nysg, nyng
764                   e(:,j,i)  = e1d
765                ENDDO
766             ENDDO
767!
768!--          Store initial profiles for output purposes etc.
769             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
770
771             IF ( constant_flux_layer )  THEN
772                ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / ( rif1d(nzb+1) + 1.0E-20_wp )
773                ts   = 0.0_wp  ! could actually be computed more accurately in the
774                               ! 1D model. Update when opportunity arises.
775                us   = us1d
776                usws = usws1d
777                vsws = vsws1d
778             ELSE
779                ts   = 0.0_wp  ! must be set, because used in
780                ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min  ! flowste
781                us   = 0.0_wp
782                usws = 0.0_wp
783                vsws = 0.0_wp
784             ENDIF
785
786          ELSE
787             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
788             ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min  ! flowste
789             ts   = 0.0_wp
790             us   = 0.0_wp
791             usws = 0.0_wp
792             vsws = 0.0_wp
793          ENDIF
794          uswst = top_momentumflux_u
795          vswst = top_momentumflux_v
796
797!
798!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
799!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
800!--       Update when opportunity arises!
801          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
802             qs = 0.0_wp
803             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
804                qrs = 0.0_wp
805                nrs = 0.0_wp
806             ENDIF
807          ENDIF
808
809!
810!--       Inside buildings set velocities back to zero
811          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
812             DO  i = nxlg, nxrg
813                DO  j = nysg, nyng
814                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
815                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
816                ENDDO
817             ENDDO
818             
819!
820!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
821!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
822!--                   below the topography; need to correct later
823!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
824!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
825!--                     the topography.
826             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
827!
828!--             Neumann condition
829                DO  i = nxl-1, nxr+1
830                   DO  j = nys-1, nyn+1
831                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
832                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
833                   ENDDO
834                ENDDO
835
836             ENDIF
837
838          ENDIF
839
840          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
841
842       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
843       THEN
844
845          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
846!
847!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
848          IF ( nudging )  THEN
849             pt_init = ptnudge(:,1)
850             u_init  = unudge(:,1)
851             v_init  = vnudge(:,1)
852             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
853                q_init = qnudge(:,1)
854             ENDIF
855
856             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ',       &
857                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
858             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
859          ENDIF
860
861!
862!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
863!--       temperature profile with constant gradient)
864          DO  i = nxlg, nxrg
865             DO  j = nysg, nyng
866                pt(:,j,i) = pt_init
867                u(:,j,i)  = u_init
868                v(:,j,i)  = v_init
869             ENDDO
870          ENDDO
871
872!
873!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
874!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
875!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
876!--       in the limiting formula!).
877          IF ( ibc_uv_b /= 1 )  THEN
878             DO  i = nxlg, nxrg
879                DO  j = nysg, nyng
880                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
881                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
882                ENDDO
883             ENDDO
884          ENDIF
885
886          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
887             DO  i = nxlg, nxrg
888                DO  j = nysg, nyng
889                   q(:,j,i) = q_init
890                ENDDO
891             ENDDO
892             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
893
894                DO  i = nxlg, nxrg
895                   DO  j = nysg, nyng
896                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
897                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
898                   ENDDO
899                ENDDO
900
901             ENDIF
902          ENDIF
903
904          IF ( ocean )  THEN
905             DO  i = nxlg, nxrg
906                DO  j = nysg, nyng
907                   sa(:,j,i) = sa_init
908                ENDDO
909             ENDDO
910          ENDIF
911         
912          IF ( constant_diffusion )  THEN
913             km   = km_constant
914             kh   = km / prandtl_number
915             e    = 0.0_wp
916          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
917             DO  k = nzb+1, nzt
918                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
919             ENDDO
920             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
921             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
922             kh   = km / prandtl_number
923             e    = e_init
924          ELSE
925             IF ( .NOT. ocean )  THEN
926                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
927                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
928                              ! production terms, as long as not yet
929                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
930             ELSE
931                kh   = 0.00001_wp
932                km   = 0.00001_wp
933             ENDIF
934             e    = 0.0_wp
935          ENDIF
936          ol    = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min
937          ts    = 0.0_wp
938          us    = 0.0_wp
939          usws  = 0.0_wp
940          uswst = top_momentumflux_u
941          vsws  = 0.0_wp
942          vswst = top_momentumflux_v
943          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0_wp
944
945!
946!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
947!--       of a sloping surface
948          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
949
950          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
951
952       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
953       THEN
954
955          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
956!
957!--       Initialization will completely be done by the user
958          CALL user_init_3d_model
959
960          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
961
962       ENDIF
963
964       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
965                              .FALSE. )
966
967!
968!--    Bottom boundary
969       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
970          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
971          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
972       ENDIF
973
974!
975!--    Apply channel flow boundary condition
976       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
977          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
978          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
979       ENDIF
980
981!
982!--    Calculate virtual potential temperature
983       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
984
985!
986!--    Store initial profiles for output purposes etc.
987       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
988       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
989       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
990          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
991          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
992       ENDIF
993       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
994       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
995       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
996
997       IF ( ocean )  THEN
998!
999!--       Store initial salinity profile
1000          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1001       ENDIF
1002
1003       IF ( humidity )  THEN
1004!
1005!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1006!--       temperature
1007          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1008          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1009          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1010!
1011!--          Store initial profile of specific humidity and potential
1012!--          temperature
1013             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1014             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1015          ENDIF
1016       ENDIF
1017
1018       IF ( passive_scalar )  THEN
1019!
1020!--       Store initial scalar profile
1021          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1022       ENDIF
1023
1024!
1025!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1026       CALL random_function_ini
1027       
1028       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
1029!--       Asigning an ID to every vertical gridpoint column
1030!--       dependig on the ensemble run number.
1031          random_dummy=1
1032          DO j=0,ny
1033             DO i=0,nx
1034                id_random_array(j,i) = random_dummy + 1E6                      &
1035                                       * ( ensemble_member_nr - 1000 )
1036                random_dummy = random_dummy + 1
1037             END DO
1038          ENDDO
1039!--       Initializing with random_seed_parallel for every vertical
1040!--       gridpoint column.
1041          random_dummy=0
1042          DO j = nysg, nyng
1043             DO i = nxlg, nxrg
1044                CALL random_seed_parallel (random_sequence=id_random_array(j, i))
1045                CALL random_number_parallel (random_dummy)
1046                CALL random_seed_parallel (get=seq_random_array(:, j, i))
1047             END DO
1048          ENDDO
1049       ENDIF
1050
1051!
1052!--    Initialize fluxes at bottom surface
1053       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
1054
1055          IF ( constant_heatflux )  THEN
1056!
1057!--          Heat flux is prescribed
1058             IF ( random_heatflux )  THEN
1059                CALL disturb_heatflux
1060             ELSE
1061                shf = surface_heatflux
1062!
1063!--             Initialize shf with data from external file LSF_DATA
1064                IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
1065                   CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
1066                ENDIF
1067
1068!
1069!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
1070                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
1071                   DO  i = nxlg, nxrg
1072                      DO  j = nysg, nyng
1073                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1074                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
1075                         ENDIF
1076                      ENDDO
1077                   ENDDO
1078                ENDIF
1079             ENDIF
1080          ENDIF
1081
1082!
1083!--       Determine the near-surface water flux
1084          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1085             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1086                qrsws = 0.0_wp
1087                nrsws = 0.0_wp
1088             ENDIF
1089             IF ( constant_waterflux )  THEN
1090                qsws   = surface_waterflux
1091!
1092!--             Over topography surface_waterflux is replaced by
1093!--             wall_humidityflux(0)
1094                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
1095                   wall_qflux = wall_humidityflux
1096                   DO  i = nxlg, nxrg
1097                      DO  j = nysg, nyng
1098                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1099                            qsws(j,i) = wall_qflux(0)
1100                         ENDIF
1101                      ENDDO
1102                   ENDDO
1103                ENDIF
1104             ENDIF
1105          ENDIF
1106
1107       ENDIF
1108
1109!
1110!--    Initialize fluxes at top surface
1111!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
1112!--    The latent flux is zero in this case!
1113       IF ( use_top_fluxes )  THEN
1114
1115          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
1116!
1117!--          Heat flux is prescribed
1118             tswst = top_heatflux
1119
1120             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1121                qswst = 0.0_wp
1122                IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert ) THEN
1123                   nrswst = 0.0_wp
1124                   qrswst = 0.0_wp
1125                ENDIF
1126             ENDIF
1127
1128             IF ( ocean )  THEN
1129                saswsb = bottom_salinityflux
1130                saswst = top_salinityflux
1131             ENDIF
1132          ENDIF
1133
1134!
1135!--       Initialization in case of a coupled model run
1136          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
1137             tswst = 0.0_wp
1138          ENDIF
1139
1140       ENDIF
1141
1142!
1143!--    Initialize Prandtl layer quantities
1144       IF ( constant_flux_layer )  THEN
1145
1146          z0 = roughness_length
1147          z0h = z0h_factor * z0
1148          z0q = z0h_factor * z0
1149
1150          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
1151!
1152!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
1153!--          simply estimated, because therefore ol, u* and theta* would have
1154!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
1155!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
1156!--          value in the course of the first few time steps.
1157             shf   = 0.0_wp
1158          ENDIF
1159
1160          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1161             IF (  .NOT.  constant_waterflux )  qsws   = 0.0_wp
1162             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1163                qrsws = 0.0_wp
1164                nrsws = 0.0_wp
1165             ENDIF
1166          ENDIF
1167
1168       ENDIF
1169
1170!
1171!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1172!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1173       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1174          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1175             ref_state(:) = pt_reference
1176          ELSE
1177             ref_state(:) = vpt_reference
1178          ENDIF
1179       ELSE
1180          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1181             ref_state(:) = pt_init(:)
1182          ELSE
1183             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1184          ENDIF
1185       ENDIF
1186
1187!
1188!--    For the moment, vertical velocity is zero
1189       w = 0.0_wp
1190
1191!
1192!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1193       sums = 0.0_wp
1194
1195!
1196!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1197       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
1198
1199!
1200!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1201!--    are zero at beginning of the simulation
1202       IF ( cloud_physics )  THEN
1203          ql = 0.0_wp
1204          qc = 0.0_wp
1205
1206          precipitation_amount = 0.0_wp
1207       ENDIF
1208!
1209!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1210       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1211          CALL init_rankine
1212       ENDIF
1213
1214!
1215!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1216       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1217          CALL init_pt_anomaly
1218       ENDIF
1219
1220!
1221!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1222       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1223          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1224       ENDIF
1225
1226!
1227!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1228!--    run
1229       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND.                             &
1230            q_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1231          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1232       ENDIF
1233
1234!
1235!--    Initialize old and new time levels.
1236       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
1237       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1238
1239       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1240          tq_m = 0.0_wp
1241          q_p = q
1242          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1243             tqr_m = 0.0_wp
1244             qr_p  = qr
1245             tnr_m = 0.0_wp
1246             nr_p  = nr
1247          ENDIF
1248       ENDIF
1249
1250       IF ( ocean )  THEN
1251          tsa_m = 0.0_wp
1252          sa_p  = sa
1253       ENDIF
1254       
1255       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1256
1257    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1258         TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                       &
1259    THEN
1260
1261       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1262                              .FALSE. )
1263!
1264!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1265!--    some of the global variables from the restart file which are required
1266!--    for initializing the inflow
1267       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1268
1269          DO  i = 0, io_blocks-1
1270             IF ( i == io_group )  THEN
1271                CALL read_parts_of_var_list
1272                CALL close_file( 13 )
1273             ENDIF
1274#if defined( __parallel )
1275             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1276#endif
1277          ENDDO
1278
1279       ENDIF
1280
1281!
1282!--    Read binary data from restart file
1283       DO  i = 0, io_blocks-1
1284          IF ( i == io_group )  THEN
1285             CALL read_3d_binary
1286          ENDIF
1287#if defined( __parallel )
1288          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1289#endif
1290       ENDDO
1291
1292!
1293!--    Initialization of the turbulence recycling method
1294       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
1295            turbulent_inflow )  THEN
1296!
1297!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1298!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1299!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1300!--       for u,v-components can be used.
1301          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,6) )
1302
1303          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1304             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1305             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1306          ELSE
1307             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1308             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1309          ENDIF
1310          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1311          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
1312          mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)      ! q
1313
1314!
1315!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1316!--       profiles
1317          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1318             DO  i = nxlg, nxrg
1319                DO  j = nysg, nyng
1320                   DO  k = nzb, nzt+1
1321                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1322                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1323                   ENDDO
1324                ENDDO
1325             ENDDO
1326          ENDIF
1327
1328!
1329!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1330!--       conditions are used)
1331          IF ( inflow_l )  THEN
1332             DO  j = nysg, nyng
1333                DO  k = nzb, nzt+1
1334                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1335                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1336                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
1337                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1338                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
1339                   IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )                       &
1340                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
1341                ENDDO
1342             ENDDO
1343          ENDIF
1344
1345!
1346!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1347!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1348!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1349!--       in time.
1350          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
1351!
1352!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1353!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1354!--          specified.
1355             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
1356                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1357             ELSE
1358                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1359                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
1360                     'calculated by the prerun is zero.'
1361                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1362             ENDIF
1363
1364          ENDIF
1365
1366          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
1367!
1368!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1369!--          layer
1370             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
1371
1372          ENDIF
1373
1374          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1375
1376          DO  k = nzb, nzt+1
1377
1378             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1379                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
1380             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1381                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
1382                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1383                                           inflow_damping_width
1384             ELSE
1385                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
1386             ENDIF
1387
1388          ENDDO
1389
1390       ENDIF
1391
1392!
1393!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
1394       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
1395            topography /= 'flat' )  THEN
1396!
1397!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1398!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1399!--       maybe revise later.
1400          DO  i = nxlg, nxrg
1401             DO  j = nysg, nyng
1402                u  (nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1403                v  (nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1404                w  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1405                e  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1406                tu_m(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1407                tv_m(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1408                tw_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1409                te_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1410                tpt_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
1411             ENDDO
1412          ENDDO
1413
1414       ENDIF
1415
1416!
1417!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1418!--    of a sloping surface
1419       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1420
1421!
1422!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1423!--    including ghost points)
1424       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1425       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1426          q_p = q
1427          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1428             qr_p = qr
1429             nr_p = nr
1430          ENDIF
1431       ENDIF
1432       IF ( ocean )  sa_p = sa
1433
1434!
1435!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1436!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1437!--    there before they are set.
1438       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
1439       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1440          tq_m = 0.0_wp
1441          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1442             tqr_m = 0.0_wp
1443             tnr_m = 0.0_wp
1444          ENDIF
1445       ENDIF
1446       IF ( ocean )  tsa_m = 0.0_wp
1447
1448       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1449
1450    ELSE
1451!
1452!--    Actually this part of the programm should not be reached
1453       message_string = 'unknown initializing problem'
1454       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1455    ENDIF
1456
1457
1458    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1459!
1460!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1461       IF ( outflow_l )  THEN
1462          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1463          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1464          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1465       ENDIF
1466       IF ( outflow_r )  THEN
1467          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1468          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1469          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1470       ENDIF
1471       IF ( outflow_s )  THEN
1472          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1473          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1474          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1475       ENDIF
1476       IF ( outflow_n )  THEN
1477          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1478          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1479          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1480       ENDIF
1481       
1482    ENDIF
1483
1484!
1485!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1486    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1487
1488       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1489
1490          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1491          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1492
1493          IF ( nxr == nx )  THEN
1494             DO  j = nys, nyn
1495                DO  k = nzb_u_inner(j,nx)+1, nzt
1496                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1497                                              u_init(k) * dzw(k)
1498                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1499                ENDDO
1500             ENDDO
1501          ENDIF
1502         
1503          IF ( nyn == ny )  THEN
1504             DO  i = nxl, nxr
1505                DO  k = nzb_v_inner(ny,i)+1, nzt
1506                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1507                                              v_init(k) * dzw(k)
1508                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1509                ENDDO
1510             ENDDO
1511          ENDIF
1512
1513#if defined( __parallel )
1514          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1515                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1516          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1517                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1518
1519#else
1520          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1521          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1522#endif 
1523
1524       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1525
1526          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1527          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1528
1529          IF ( nxr == nx )  THEN
1530             DO  j = nys, nyn
1531                DO  k = nzb_u_inner(j,nx)+1, nzt
1532                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1533                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)
1534                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1535                ENDDO
1536             ENDDO
1537          ENDIF
1538         
1539          IF ( nyn == ny )  THEN
1540             DO  i = nxl, nxr
1541                DO  k = nzb_v_inner(ny,i)+1, nzt
1542                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1543                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)
1544                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1545                ENDDO
1546             ENDDO
1547          ENDIF
1548
1549#if defined( __parallel )
1550          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1551                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1552          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1553                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1554
1555#else
1556          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1557          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1558#endif 
1559
1560       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1561
1562          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1563          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1564
1565          IF ( nxr == nx )  THEN
1566             DO  j = nys, nyn
1567                DO  k = nzb_u_inner(j,nx)+1, nzt
1568                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1569                                              u(k,j,nx) * dzw(k)
1570                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1571                ENDDO
1572             ENDDO
1573          ENDIF
1574         
1575          IF ( nyn == ny )  THEN
1576             DO  i = nxl, nxr
1577                DO  k = nzb_v_inner(ny,i)+1, nzt
1578                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1579                                              v(k,ny,i) * dzw(k)
1580                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1581                ENDDO
1582             ENDDO
1583          ENDIF
1584
1585#if defined( __parallel )
1586          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1587                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1588          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1589                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1590
1591#else
1592          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1593          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1594#endif 
1595
1596       ENDIF
1597
1598!
1599!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1600!--    from u|v_bulk instead
1601       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1602          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1603          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1604       ENDIF
1605
1606    ENDIF
1607
1608!
1609!-- Initialize quantities for special advections schemes
1610    CALL init_advec
1611
1612!
1613!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1614!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
1615    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
1616         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1617         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1618
1619       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
1620       CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
1621       CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
1622       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1623
1624       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
1625       n_sor = nsor_ini
1626       !$acc data copyin( d, ddzu, ddzw, nzb_s_inner, nzb_u_inner )            &
1627       !$acc      copyin( nzb_v_inner, nzb_w_inner, p, rflags_s_inner, tend )  &
1628       !$acc      copyin( weight_pres, weight_substep )                        &
1629       !$acc      copy( tri, tric, u, v, w )
1630       CALL pres
1631       !$acc end data
1632       n_sor = nsor
1633       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1634
1635    ENDIF
1636
1637!
1638!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
1639    CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )
1640    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_init
1641    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1642
1643!
1644!-- If required, initialize dvrp-software
1645    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
1646
1647    IF ( ocean )  THEN
1648!
1649!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1650       CALL init_ocean
1651
1652    ELSE
1653!
1654!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1655!--    This routine must be called before lpm_init, because
1656!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1657!--    lpm_init) is not defined.
1658       CALL init_cloud_physics
1659!
1660!--    Initialize bulk cloud microphysics
1661       CALL microphysics_init
1662    ENDIF
1663
1664!
1665!-- If required, initialize particles
1666    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
1667
1668!
1669!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
1670    IF ( land_surface )  THEN
1671       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
1672       CALL lsm_init
1673       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1674    ENDIF
1675
1676!
1677!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
1678!-- for initialization
1679    IF ( constant_flux_layer )  THEN
1680       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
1681       CALL init_surface_layer_fluxes
1682       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1683    ENDIF
1684
1685!
1686!-- If required, initialize radiation model
1687    IF ( radiation )  THEN
1688       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
1689       CALL radiation_init
1690       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1691    ENDIF
1692   
1693!
1694!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
1695    IF ( wind_turbine )  THEN
1696       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
1697       CALL wtm_init
1698       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1699    ENDIF
1700
1701
1702!
1703!-- Initialize the ws-scheme.   
1704    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
1705
1706!
1707!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
1708!-- and turbulent quantities from the RK substeps
1709    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1710
1711       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
1712       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
1713       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
1714
1715       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
1716       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
1717       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
1718
1719    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1720
1721       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
1722       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
1723         
1724       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
1725       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
1726
1727    ELSE                                     ! for Euler-method
1728
1729       weight_substep(1) = 1.0_wp     
1730       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
1731
1732    ENDIF
1733
1734!
1735!-- Initialize Rayleigh damping factors
1736    rdf    = 0.0_wp
1737    rdf_sc = 0.0_wp
1738    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
1739       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
1740          DO  k = nzb+1, nzt
1741             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1742                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
1743                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
1744                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
1745                      )**2
1746             ENDIF
1747          ENDDO
1748       ELSE
1749          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1750             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1751                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
1752                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
1753                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
1754                      )**2
1755             ENDIF
1756          ENDDO
1757       ENDIF
1758    ENDIF
1759    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
1760
1761!
1762!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1763!-- the external pressure gradient
1764    dp_smooth_factor = 1.0_wp
1765    IF ( dp_external )  THEN
1766!
1767!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1768!--    (e.g. in init_grid).
1769       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1770          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1771          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1772                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1773       ENDIF
1774       IF ( dp_smooth )  THEN
1775          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
1776          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1777             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
1778                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
1779                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
1780          ENDDO
1781       ENDIF
1782    ENDIF
1783
1784!
1785!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1786!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1787!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
1788    ptdf_x = 0.0_wp
1789    ptdf_y = 0.0_wp
1790    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
1791       DO  i = nxl, nxr
1792          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
1793             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
1794                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
1795                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
1796          ENDIF
1797       ENDDO
1798    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
1799       DO  i = nxl, nxr
1800          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
1801             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
1802                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1803                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
1804                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1805          ENDIF
1806       ENDDO 
1807    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
1808       DO  j = nys, nyn
1809          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
1810             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
1811                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1812                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
1813                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1814          ENDIF
1815       ENDDO 
1816    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
1817       DO  j = nys, nyn
1818          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
1819             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
1820                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1821                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
1822                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1823          ENDIF
1824       ENDDO
1825    ENDIF
1826
1827!
1828!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1829!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1830!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1831!-- are never initialized)
1832    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1833    sums_divold_l      = 0.0_wp
1834    sums_l_l           = 0.0_wp
1835    sums_up_fraction_l = 0.0_wp
1836    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
1837
1838!
1839!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1840!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
1841!-- would bias the statistics
1842    rmask = 1.0_wp
1843    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
1844    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
1845
1846!
1847!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1848!-- of allowed timeseries is exceeded
1849    CALL user_init
1850
1851    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1852       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
1853                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
1854                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1855       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
1856    ENDIF
1857
1858!
1859!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1860!-- after call of user_init!
1861    CALL close_file( 13 )
1862
1863!
1864!-- Compute total sum of active mask grid points
1865!-- and the mean surface level height for each statistic region
1866!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1867!--          total domain
1868!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1869    ngp_2dh_outer_l   = 0
1870    ngp_2dh_outer     = 0
1871    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1872    ngp_2dh_s_inner   = 0
1873    ngp_2dh_l         = 0
1874    ngp_2dh           = 0
1875    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
1876    ngp_3d_inner      = 0
1877    ngp_3d            = 0
1878    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1879
1880    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
1881    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
1882
1883    DO  sr = 0, statistic_regions
1884       DO  i = nxl, nxr
1885          DO  j = nys, nyn
1886             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
1887!
1888!--             All xy-grid points
1889                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1890                mean_surface_level_height_l(sr) = mean_surface_level_height_l(sr) &
1891                                                  + zw(nzb_s_inner(j,i))
1892!
1893!--             xy-grid points above topography
1894                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1895                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1896                ENDDO
1897                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1898                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1899                ENDDO
1900!
1901!--             All grid points of the total domain above topography
1902                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr)                        &
1903                                     + ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1904             ENDIF
1905          ENDDO
1906       ENDDO
1907    ENDDO
1908
1909    sr = statistic_regions + 1
1910#if defined( __parallel )
1911    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1912    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
1913                        comm2d, ierr )
1914    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1915    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
1916                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1917    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1918    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
1919                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1920    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1921    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
1922                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1923    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1924    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1925    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
1926                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
1927                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1928    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
1929#else
1930    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1931    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1932    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1933    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1934    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
1935#endif
1936
1937    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
1938             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1939
1940!
1941!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1942!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1943!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1944    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
1945    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
1946                           ngp_3d_inner(:) )
1947    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
1948
1949    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
1950                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
1951
1952    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
1953
1954 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.