source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1917

Last change on this file since 1917 was 1917, checked in by witha, 8 years ago

Corrected documented changes in the file headers

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