source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 1920

Last change on this file since 1920 was 1920, checked in by suehring, 8 years ago

Avoid segmentation fault (see change in 1915) by different initialization of us instead of adding a very small number in the denominator

  • Property svn:keywords set to Id
  • Property svn:mergeinfo set to False
    /palm/branches/forwind/SOURCE/init_3d_model.f901564-1913
File size: 70.6 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! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
22! calculation of Obukhov length
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: init_3d_model.f90 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring $
27!
28! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
29! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
30! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
31!         routine because otherwise results from pres are overwritten
32!
33! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
34! Added initialization of the wind turbine model
35!
36! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
37! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
38!
39! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
40! Adapted for modularization of microphysics.
41! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
42! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
43! microphysics_init.
44!
45! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
46! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
47!
48! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
49! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
50!
51! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
52! turbulence renamed collision_turbulence
53!
54! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
55! Renamed radiation calls.
56! Renamed canopy model calls.
57!
58! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
59! icloud_scheme replaced by microphysics_*
60!
61! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
62! Renamed lsm calls.
63!
64! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
65! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
66! in r1762)
67!
68! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
69! Added z0q.
70! Syntax layout improved.
71!
72! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
73! netcdf module name changed + related changes
74!
75! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
76! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
77!
78! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
79! Introduction of nested domain feature
80!
81! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
82! calculate mean surface level height for each statistic region
83!
84! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
85! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
86! set zero
87!
88! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
89! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
90! devision by zero in neutral stratification
91!
92! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
93! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
94!
95! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
96! Code annotations made doxygen readable
97!
98! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
99! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
100!
101! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
102! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
103!
104! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
105! adjustments for psolver-queries
106!
107! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
108! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
109! which is part of land_surface_model.
110!
111! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
112! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
113!
114! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
115! Added initialization of the land surface and radiation schemes
116!
117! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
118! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
119! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
120! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
121! call of subroutine init_plant_canopy added.
122!
123! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
124! var_d added, in order to normalize spectra.
125!
126! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
127! Ensemble run capability added to parallel random number generator
128!
129! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
130! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
131! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
132!
133! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
134! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
135! no-slip boundary condition for uv
136!
137! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
138! location messages modified
139!
140! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
141! Parallel random number generator added
142!
143! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
144! location messages added
145!
146! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
147! tend_* removed
148! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
149!
150! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
151! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
152! module
153!
154! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
155! REAL constants provided with KIND-attribute
156!
157! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
158! REAL constants defined as wp-kind
159!
160! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
161! REAL constants defined as wp-kind
162! module interfaces removed
163!
164! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
165! ONLY-attribute added to USE-statements,
166! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
167! kinds are defined in new module kinds,
168! revision history before 2012 removed,
169! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
170! all variable declaration statements
171!
172! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
173! Bugfix: allocation of w_subs
174!
175! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
176! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
177! with large scale forcing data (LSF_DATA)
178!
179! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
180! Overwrite initial profiles in case of nudging
181! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
182!
183! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
184! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
185! copy
186!
187! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
188! array tri is allocated and included in data copy statement
189!
190! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
191! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
192!
193! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
194! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
195!
196! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
197! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
198!
199! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
200! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
201!
202! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
203! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
204! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
205!
206! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
207! unused variables removed
208!
209! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
210! openACC directive modified
211!
212! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
213! openACC directives added for pres
214! array diss allocated only if required
215!
216! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
217! unused variables removed
218!
219! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
220! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
221!
222! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
223! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
224! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
225! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
226! +tend_*, prr
227!
228! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
229! code put under GPL (PALM 3.9)
230!
231! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
232! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
233!
234! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
235! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
236!
237! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
238! mask is set to zero for ghost boundaries
239!
240! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
241! cpp switch __nopointer added for pointer free version
242!
243! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
244! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
245!
246! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
247! all actions concerning leapfrog scheme removed
248!
249! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
250! little reformatting
251!
252! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
253! outflow damping layer removed
254! roughness length for scalar quantites z0h added
255! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
256! boundaries added
257! initialization of ptdf_x, ptdf_y
258! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
259!
260! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
261! init_particles renamed lpm_init
262!
263! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
264! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
265!
266! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
267! Initial revision
268!
269!
270! Description:
271! ------------
272!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
273!> a) pre-run the 1D model
274!> or
275!> b) pre-set constant linear profiles
276!> or
277!> c) read values of a previous run
278!------------------------------------------------------------------------------!
279 SUBROUTINE init_3d_model
280 
281
282    USE advec_ws
283
284    USE arrays_3d
285
286    USE constants,                                                             &
287        ONLY:  pi
288   
289    USE control_parameters
290   
291    USE grid_variables,                                                        &
292        ONLY:  dx, dy
293   
294    USE indices
295
296    USE lpm_init_mod,                                                          &
297        ONLY:  lpm_init
298   
299    USE kinds
300
301    USE land_surface_model_mod,                                                &
302        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays, land_surface
303 
304    USE ls_forcing_mod
305
306    USE microphysics_mod,                                                      &
307        ONLY:  collision_turbulence, microphysics_init
308
309    USE model_1d,                                                              &
310        ONLY:  e1d, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d, v1d, vsws1d 
311   
312    USE netcdf_interface,                                                      &
313        ONLY:  dots_max, dots_num
314   
315    USE particle_attributes,                                                   &
316        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
317   
318    USE pegrid
319   
320    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
321        ONLY:  pcm_init, plant_canopy
322
323    USE radiation_model_mod,                                                   &
324        ONLY:  radiation_init, radiation
325   
326    USE random_function_mod 
327   
328    USE random_generator_parallel,                                             &
329        ONLY:  random_number_parallel, random_seed_parallel, random_dummy,     &
330               id_random_array, seq_random_array
331   
332    USE statistics,                                                            &
333        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
334               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
335               sums_l_l, sums_up_fraction_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,         &
336               weight_pres, weight_substep
337 
338    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
339        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
340   
341    USE transpose_indices 
342
343    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
344        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays, wind_turbine
345
346    IMPLICIT NONE
347
348    INTEGER(iwp) ::  i             !<
349    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
350    INTEGER(iwp) ::  j             !<
351    INTEGER(iwp) ::  k             !<
352    INTEGER(iwp) ::  sr            !<
353
354    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
355
356    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
357    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
358
359    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
360    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
361
362    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
363    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
364    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
365
366
367    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
368!
369!-- Allocate arrays
370    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
371              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
372              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
373              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
374              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
375              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
376              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
377              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
378              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
379    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
380    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
381              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
382              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
383              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
384              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
385              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
386              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
387              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
388              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                    &
389              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
390              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
391    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
392
393    ALLOCATE( ol(nysg:nyng,nxlg:nxrg), shf(nysg:nyng,nxlg:nxrg),               &
394              ts(nysg:nyng,nxlg:nxrg), tswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
395              us(nysg:nyng,nxlg:nxrg), usws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
396              uswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), vsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),           &
397              vswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0(nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
398              z0h(nysg:nyng,nxlg:nxrg), z0q(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
399
400    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
401              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
402              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
403              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
404              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
405
406#if defined( __nopointer )
407    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
408              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
409              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
410              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
411              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
412              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
413              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
414              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
415              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
416              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
417              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
418              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
419              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
420              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
421              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
422#else
423    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
424              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
425              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
426              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
427              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
428              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
429              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
430              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
431              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
432              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
433              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
434              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
435              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
436              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
437    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
438       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
439    ENDIF
440#endif
441
442!
443!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
444!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
445!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
446!-- solver.
447    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
448       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
449    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
450!
451!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
452       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
453    ENDIF
454
455!
456!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
457    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
458       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
459       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
460    ENDIF
461
462    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
463!
464!--    2D-humidity/scalar arrays
465       ALLOCATE ( qs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                     &
466                  qsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                   &
467                  qswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
468
469!
470!--    3D-humidity/scalar arrays
471#if defined( __nopointer )
472       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
473                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
474                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
475#else
476       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
477                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
478                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
479#endif
480
481!
482!--    3D-arrays needed for humidity only
483       IF ( humidity )  THEN
484#if defined( __nopointer )
485          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
486#else
487          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
488#endif
489
490          IF ( cloud_physics )  THEN
491
492!
493!--          Liquid water content
494#if defined( __nopointer )
495             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
496#else
497             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
498#endif
499!
500!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
501             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
502                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
503
504!
505!--          3D-cloud water content
506#if defined( __nopointer )
507             ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
508#else
509             ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
510#endif
511!
512!--          3d-precipitation rate
513             ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
514
515             IF ( microphysics_seifert )  THEN
516!
517!--             2D-rain water content and rain drop concentration arrays
518                ALLOCATE ( qrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
519                           qrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
520                           qrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
521                           nrs(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
522                           nrsws(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
523                           nrswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
524!
525!--             3D-rain water content, rain drop concentration arrays
526#if defined( __nopointer )
527                ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
528                          nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
529                          qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
530                          qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
531                          tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
532                          tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
533#else
534                ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
535                          nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
536                          nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
537                          qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
538                          qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
539                          qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
540#endif
541             ENDIF
542
543          ENDIF
544
545          IF ( cloud_droplets )  THEN
546!
547!--          Liquid water content, change in liquid water content
548#if defined( __nopointer )
549             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
550                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
551#else
552             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
553                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
554#endif
555!
556!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
557             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
558                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
559          ENDIF
560
561       ENDIF
562
563    ENDIF
564
565    IF ( ocean )  THEN
566       ALLOCATE( saswsb(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                  &
567                 saswst(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
568#if defined( __nopointer )
569       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
570                 rho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
571                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
572                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
573                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
574#else
575       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
576                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
577                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
578                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
579                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
580       prho => prho_1
581       rho  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
582                      ! density to be apointer
583#endif
584       IF ( humidity_remote )  THEN
585          ALLOCATE( qswst_remote(nysg:nyng,nxlg:nxrg))
586          qswst_remote = 0.0_wp
587       ENDIF
588    ENDIF
589
590!
591!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
592!-- particle velocities
593    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  collision_turbulence  &
594         .OR.  num_acc_per_node > 0 )  THEN
595       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
596    ENDIF
597
598!
599!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
600    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
601       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
602       w_subs = 0.0_wp
603    ENDIF
604
605!
606!-- ID-array and state-space-array for the parallel random number generator
607    IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
608       ALLOCATE ( seq_random_array(5,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
609       ALLOCATE ( id_random_array(0:ny,0:nx) )
610       seq_random_array = 0
611       id_random_array  = 0
612    ENDIF
613   
614!
615!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
616    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
617       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg,1:4) )
618       rif_wall = 0.0_wp
619    ENDIF
620
621!
622!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
623!-- are needed for radiation boundary conditions
624    IF ( outflow_l )  THEN
625       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
626                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
627                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
628    ENDIF
629    IF ( outflow_r )  THEN
630       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
631                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
632                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
633    ENDIF
634    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
635       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
636                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
637    ENDIF
638    IF ( outflow_s )  THEN
639       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
640                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
641                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
642    ENDIF
643    IF ( outflow_n )  THEN
644       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
645                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
646                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
647    ENDIF
648    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
649       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
650                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
651    ENDIF
652    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
653       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
654       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
655    ENDIF
656
657
658#if ! defined( __nopointer )
659!
660!-- Initial assignment of the pointers
661    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
662    IF ( .NOT. neutral )  THEN
663       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
664    ELSE
665       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
666    ENDIF
667    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
668    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
669    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
670
671    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
672       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
673       IF ( humidity )  THEN
674          vpt  => vpt_1   
675          IF ( cloud_physics )  THEN
676             ql => ql_1
677             qc => qc_1
678             IF ( microphysics_seifert )  THEN
679                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
680                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
681             ENDIF
682          ENDIF
683       ENDIF
684       IF ( cloud_droplets )  THEN
685          ql   => ql_1
686          ql_c => ql_2
687       ENDIF
688    ENDIF
689
690    IF ( ocean )  THEN
691       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
692    ENDIF
693#endif
694
695!
696!-- Allocate land surface model arrays
697    IF ( land_surface )  THEN
698       CALL lsm_init_arrays
699    ENDIF
700
701!
702!-- Allocate wind turbine model arrays
703    IF ( wind_turbine )  THEN
704       CALL wtm_init_arrays
705    ENDIF
706
707!
708!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
709!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
710!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
711!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
712!-- will be set.
713    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
714              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
715    weight_substep = 1.0_wp
716    weight_pres    = 1.0_wp
717    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
718       
719    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
720
721!
722!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
723!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
724!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
725!-- are never initialized)
726    sums_divnew_l      = 0.0_wp
727    sums_divold_l      = 0.0_wp
728    sums_l_l           = 0.0_wp
729    sums_up_fraction_l = 0.0_wp
730    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
731
732
733!
734!-- Initialize model variables
735    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
736         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
737!
738!--    First model run of a possible job queue.
739!--    Initial profiles of the variables must be computes.
740       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
741
742          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
743!
744!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
745!--       start 1D model
746          CALL init_1d_model
747!
748!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
749          DO  i = nxlg, nxrg
750             DO  j = nysg, nyng
751                e(:,j,i)  = e1d
752                kh(:,j,i) = kh1d
753                km(:,j,i) = km1d
754                pt(:,j,i) = pt_init
755                u(:,j,i)  = u1d
756                v(:,j,i)  = v1d
757             ENDDO
758          ENDDO
759
760          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
761             DO  i = nxlg, nxrg
762                DO  j = nysg, nyng
763                   q(:,j,i) = q_init
764                ENDDO
765             ENDDO
766             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
767                DO  i = nxlg, nxrg
768                   DO  j = nysg, nyng
769                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
770                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
771                   ENDDO
772                ENDDO
773
774             ENDIF
775          ENDIF
776
777          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
778             DO  i = nxlg, nxrg
779                DO  j = nysg, nyng
780                   e(:,j,i)  = e1d
781                ENDDO
782             ENDDO
783!
784!--          Store initial profiles for output purposes etc.
785             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
786
787             IF ( constant_flux_layer )  THEN
788                ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / ( rif1d(nzb+1) + 1.0E-20_wp )
789                ts   = 0.0_wp  ! could actually be computed more accurately in the
790                               ! 1D model. Update when opportunity arises.
791                us   = us1d
792                usws = usws1d
793                vsws = vsws1d
794             ELSE
795                ts   = 0.0_wp  ! must be set, because used in
796                ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min  ! flowste
797                us   = 0.0_wp
798                usws = 0.0_wp
799                vsws = 0.0_wp
800             ENDIF
801
802          ELSE
803             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
804             ol   = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min  ! flowste
805             ts   = 0.0_wp
806             us   = 0.0_wp
807             usws = 0.0_wp
808             vsws = 0.0_wp
809          ENDIF
810          uswst = top_momentumflux_u
811          vswst = top_momentumflux_v
812
813!
814!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
815!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
816!--       Update when opportunity arises!
817          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
818             qs = 0.0_wp
819             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
820                qrs = 0.0_wp
821                nrs = 0.0_wp
822             ENDIF
823          ENDIF
824
825!
826!--       Inside buildings set velocities back to zero
827          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
828             DO  i = nxlg, nxrg
829                DO  j = nysg, nyng
830                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
831                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
832                ENDDO
833             ENDDO
834             
835!
836!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
837!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
838!--                   below the topography; need to correct later
839!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
840!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
841!--                     the topography.
842             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
843!
844!--             Neumann condition
845                DO  i = nxl-1, nxr+1
846                   DO  j = nys-1, nyn+1
847                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
848                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
849                   ENDDO
850                ENDDO
851
852             ENDIF
853
854          ENDIF
855
856          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
857
858       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
859       THEN
860
861          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
862!
863!--       Overwrite initial profiles in case of nudging
864          IF ( nudging )  THEN
865             pt_init = ptnudge(:,1)
866             u_init  = unudge(:,1)
867             v_init  = vnudge(:,1)
868             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
869                q_init = qnudge(:,1)
870             ENDIF
871
872             WRITE( message_string, * ) 'Initial profiles of u, v and ',       &
873                 'scalars from NUDGING_DATA are used.'
874             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0370', 0, 0, 0, 6, 0 )
875          ENDIF
876
877!
878!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
879!--       temperature profile with constant gradient)
880          DO  i = nxlg, nxrg
881             DO  j = nysg, nyng
882                pt(:,j,i) = pt_init
883                u(:,j,i)  = u_init
884                v(:,j,i)  = v_init
885             ENDDO
886          ENDDO
887
888!
889!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
890!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
891!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
892!--       in the limiting formula!).
893          IF ( ibc_uv_b /= 1 )  THEN
894             DO  i = nxlg, nxrg
895                DO  j = nysg, nyng
896                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
897                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0_wp
898                ENDDO
899             ENDDO
900          ENDIF
901
902          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
903             DO  i = nxlg, nxrg
904                DO  j = nysg, nyng
905                   q(:,j,i) = q_init
906                ENDDO
907             ENDDO
908             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
909
910                DO  i = nxlg, nxrg
911                   DO  j = nysg, nyng
912                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
913                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
914                   ENDDO
915                ENDDO
916
917             ENDIF
918          ENDIF
919
920          IF ( ocean )  THEN
921             DO  i = nxlg, nxrg
922                DO  j = nysg, nyng
923                   sa(:,j,i) = sa_init
924                ENDDO
925             ENDDO
926          ENDIF
927         
928          IF ( constant_diffusion )  THEN
929             km   = km_constant
930             kh   = km / prandtl_number
931             e    = 0.0_wp
932          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
933             DO  k = nzb+1, nzt
934                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
935             ENDDO
936             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
937             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
938             kh   = km / prandtl_number
939             e    = e_init
940          ELSE
941             IF ( .NOT. ocean )  THEN
942                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
943                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
944                              ! production terms, as long as not yet
945                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
946             ELSE
947                kh   = 0.00001_wp
948                km   = 0.00001_wp
949             ENDIF
950             e    = 0.0_wp
951          ENDIF
952          ol    = ( zu(nzb+1) - zw(nzb) ) / zeta_min
953          ts    = 0.0_wp
954!
955!--       Very small number is required for calculation of Obukhov length
956!--       at first timestep     
957          us    = 1E-30_wp 
958          usws  = 0.0_wp
959          uswst = top_momentumflux_u
960          vsws  = 0.0_wp
961          vswst = top_momentumflux_v
962          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0_wp
963
964!
965!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
966!--       of a sloping surface
967          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
968
969          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
970
971       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
972       THEN
973
974          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
975!
976!--       Initialization will completely be done by the user
977          CALL user_init_3d_model
978
979          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
980
981       ENDIF
982
983       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
984                              .FALSE. )
985
986!
987!--    Bottom boundary
988       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
989          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
990          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
991       ENDIF
992
993!
994!--    Apply channel flow boundary condition
995       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
996          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
997          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
998       ENDIF
999
1000!
1001!--    Calculate virtual potential temperature
1002       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
1003
1004!
1005!--    Store initial profiles for output purposes etc.
1006       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1007       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1008       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
1009          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1010          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
1011       ENDIF
1012       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1013       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1014       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1015
1016       IF ( ocean )  THEN
1017!
1018!--       Store initial salinity profile
1019          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1020       ENDIF
1021
1022       IF ( humidity )  THEN
1023!
1024!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1025!--       temperature
1026          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1027          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1028          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1029!
1030!--          Store initial profile of specific humidity and potential
1031!--          temperature
1032             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1033             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1034          ENDIF
1035       ENDIF
1036
1037       IF ( passive_scalar )  THEN
1038!
1039!--       Store initial scalar profile
1040          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1041       ENDIF
1042
1043!
1044!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1045       CALL random_function_ini
1046       
1047       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
1048!--       Asigning an ID to every vertical gridpoint column
1049!--       dependig on the ensemble run number.
1050          random_dummy=1
1051          DO j=0,ny
1052             DO i=0,nx
1053                id_random_array(j,i) = random_dummy + 1E6                      &
1054                                       * ( ensemble_member_nr - 1000 )
1055                random_dummy = random_dummy + 1
1056             END DO
1057          ENDDO
1058!--       Initializing with random_seed_parallel for every vertical
1059!--       gridpoint column.
1060          random_dummy=0
1061          DO j = nysg, nyng
1062             DO i = nxlg, nxrg
1063                CALL random_seed_parallel (random_sequence=id_random_array(j, i))
1064                CALL random_number_parallel (random_dummy)
1065                CALL random_seed_parallel (get=seq_random_array(:, j, i))
1066             END DO
1067          ENDDO
1068       ENDIF
1069
1070!
1071!--    Initialize fluxes at bottom surface
1072       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
1073
1074          IF ( constant_heatflux )  THEN
1075!
1076!--          Heat flux is prescribed
1077             IF ( random_heatflux )  THEN
1078                CALL disturb_heatflux
1079             ELSE
1080                shf = surface_heatflux
1081!
1082!--             Initialize shf with data from external file LSF_DATA
1083                IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
1084                   CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
1085                ENDIF
1086
1087!
1088!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
1089                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
1090                   DO  i = nxlg, nxrg
1091                      DO  j = nysg, nyng
1092                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1093                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
1094                         ENDIF
1095                      ENDDO
1096                   ENDDO
1097                ENDIF
1098             ENDIF
1099          ENDIF
1100
1101!
1102!--       Determine the near-surface water flux
1103          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1104             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1105                qrsws = 0.0_wp
1106                nrsws = 0.0_wp
1107             ENDIF
1108             IF ( constant_waterflux )  THEN
1109                qsws   = surface_waterflux
1110!
1111!--             Over topography surface_waterflux is replaced by
1112!--             wall_humidityflux(0)
1113                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
1114                   wall_qflux = wall_humidityflux
1115                   DO  i = nxlg, nxrg
1116                      DO  j = nysg, nyng
1117                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
1118                            qsws(j,i) = wall_qflux(0)
1119                         ENDIF
1120                      ENDDO
1121                   ENDDO
1122                ENDIF
1123             ENDIF
1124          ENDIF
1125
1126       ENDIF
1127
1128!
1129!--    Initialize fluxes at top surface
1130!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
1131!--    The latent flux is zero in this case!
1132       IF ( use_top_fluxes )  THEN
1133
1134          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
1135!
1136!--          Heat flux is prescribed
1137             tswst = top_heatflux
1138
1139             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1140                qswst = 0.0_wp
1141                IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert ) THEN
1142                   nrswst = 0.0_wp
1143                   qrswst = 0.0_wp
1144                ENDIF
1145             ENDIF
1146
1147             IF ( ocean )  THEN
1148                saswsb = bottom_salinityflux
1149                saswst = top_salinityflux
1150             ENDIF
1151          ENDIF
1152
1153!
1154!--       Initialization in case of a coupled model run
1155          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
1156             tswst = 0.0_wp
1157          ENDIF
1158
1159       ENDIF
1160
1161!
1162!--    Initialize Prandtl layer quantities
1163       IF ( constant_flux_layer )  THEN
1164
1165          z0 = roughness_length
1166          z0h = z0h_factor * z0
1167          z0q = z0h_factor * z0
1168
1169          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
1170!
1171!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
1172!--          simply estimated, because therefore ol, u* and theta* would have
1173!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
1174!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
1175!--          value in the course of the first few time steps.
1176             shf   = 0.0_wp
1177          ENDIF
1178
1179          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1180             IF (  .NOT.  constant_waterflux )  qsws   = 0.0_wp
1181             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1182                qrsws = 0.0_wp
1183                nrsws = 0.0_wp
1184             ENDIF
1185          ENDIF
1186
1187       ENDIF
1188
1189!
1190!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1191!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1192       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1193          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1194             ref_state(:) = pt_reference
1195          ELSE
1196             ref_state(:) = vpt_reference
1197          ENDIF
1198       ELSE
1199          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1200             ref_state(:) = pt_init(:)
1201          ELSE
1202             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1203          ENDIF
1204       ENDIF
1205
1206!
1207!--    For the moment, vertical velocity is zero
1208       w = 0.0_wp
1209
1210!
1211!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1212       sums = 0.0_wp
1213
1214!
1215!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1216       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
1217
1218!
1219!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1220!--    are zero at beginning of the simulation
1221       IF ( cloud_physics )  THEN
1222          ql = 0.0_wp
1223          qc = 0.0_wp
1224
1225          precipitation_amount = 0.0_wp
1226       ENDIF
1227!
1228!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1229       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1230          CALL init_rankine
1231       ENDIF
1232
1233!
1234!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1235       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1236          CALL init_pt_anomaly
1237       ENDIF
1238
1239!
1240!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1241       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1242          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1243       ENDIF
1244
1245!
1246!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1247!--    run
1248       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND.                             &
1249            q_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1250          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1251       ENDIF
1252
1253!
1254!--    Initialize old and new time levels.
1255       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
1256       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1257
1258       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1259          tq_m = 0.0_wp
1260          q_p = q
1261          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1262             tqr_m = 0.0_wp
1263             qr_p  = qr
1264             tnr_m = 0.0_wp
1265             nr_p  = nr
1266          ENDIF
1267       ENDIF
1268
1269       IF ( ocean )  THEN
1270          tsa_m = 0.0_wp
1271          sa_p  = sa
1272       ENDIF
1273       
1274       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1275
1276    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1277         TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                       &
1278    THEN
1279
1280       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1281                              .FALSE. )
1282!
1283!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1284!--    some of the global variables from the restart file which are required
1285!--    for initializing the inflow
1286       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1287
1288          DO  i = 0, io_blocks-1
1289             IF ( i == io_group )  THEN
1290                CALL read_parts_of_var_list
1291                CALL close_file( 13 )
1292             ENDIF
1293#if defined( __parallel )
1294             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1295#endif
1296          ENDDO
1297
1298       ENDIF
1299
1300!
1301!--    Read binary data from restart file
1302       DO  i = 0, io_blocks-1
1303          IF ( i == io_group )  THEN
1304             CALL read_3d_binary
1305          ENDIF
1306#if defined( __parallel )
1307          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1308#endif
1309       ENDDO
1310
1311!
1312!--    Initialization of the turbulence recycling method
1313       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
1314            turbulent_inflow )  THEN
1315!
1316!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1317!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1318!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1319!--       for u,v-components can be used.
1320          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,6) )
1321
1322          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1323             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1324             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1325          ELSE
1326             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1327             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1328          ENDIF
1329          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1330          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
1331          mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)      ! q
1332
1333!
1334!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1335!--       profiles
1336          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1337             DO  i = nxlg, nxrg
1338                DO  j = nysg, nyng
1339                   DO  k = nzb, nzt+1
1340                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1341                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1342                   ENDDO
1343                ENDDO
1344             ENDDO
1345          ENDIF
1346
1347!
1348!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1349!--       conditions are used)
1350          IF ( inflow_l )  THEN
1351             DO  j = nysg, nyng
1352                DO  k = nzb, nzt+1
1353                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1354                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1355                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
1356                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1357                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
1358                   IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )                       &
1359                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
1360                ENDDO
1361             ENDDO
1362          ENDIF
1363
1364!
1365!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1366!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1367!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1368!--       in time.
1369          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
1370!
1371!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1372!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1373!--          specified.
1374             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
1375                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1376             ELSE
1377                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1378                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
1379                     'calculated by the prerun is zero.'
1380                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1381             ENDIF
1382
1383          ENDIF
1384
1385          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
1386!
1387!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1388!--          layer
1389             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
1390
1391          ENDIF
1392
1393          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1394
1395          DO  k = nzb, nzt+1
1396
1397             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1398                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
1399             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1400                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
1401                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1402                                           inflow_damping_width
1403             ELSE
1404                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
1405             ENDIF
1406
1407          ENDDO
1408
1409       ENDIF
1410
1411!
1412!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
1413       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
1414            topography /= 'flat' )  THEN
1415!
1416!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1417!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1418!--       maybe revise later.
1419          DO  i = nxlg, nxrg
1420             DO  j = nysg, nyng
1421                u  (nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1422                v  (nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1423                w  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1424                e  (nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)   = 0.0_wp
1425                tu_m(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1426                tv_m(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1427                tw_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1428                te_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i)  = 0.0_wp
1429                tpt_m(nzb:nzb_w_inner(j,i),j,i) = 0.0_wp
1430             ENDDO
1431          ENDDO
1432
1433       ENDIF
1434
1435!
1436!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1437!--    of a sloping surface
1438       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1439
1440!
1441!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1442!--    including ghost points)
1443       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1444       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1445          q_p = q
1446          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1447             qr_p = qr
1448             nr_p = nr
1449          ENDIF
1450       ENDIF
1451       IF ( ocean )  sa_p = sa
1452
1453!
1454!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1455!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1456!--    there before they are set.
1457       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
1458       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
1459          tq_m = 0.0_wp
1460          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1461             tqr_m = 0.0_wp
1462             tnr_m = 0.0_wp
1463          ENDIF
1464       ENDIF
1465       IF ( ocean )  tsa_m = 0.0_wp
1466
1467       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1468
1469    ELSE
1470!
1471!--    Actually this part of the programm should not be reached
1472       message_string = 'unknown initializing problem'
1473       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1474    ENDIF
1475
1476
1477    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1478!
1479!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1480       IF ( outflow_l )  THEN
1481          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1482          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1483          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1484       ENDIF
1485       IF ( outflow_r )  THEN
1486          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1487          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1488          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1489       ENDIF
1490       IF ( outflow_s )  THEN
1491          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1492          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1493          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1494       ENDIF
1495       IF ( outflow_n )  THEN
1496          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1497          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1498          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1499       ENDIF
1500       
1501    ENDIF
1502
1503!
1504!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1505    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1506
1507       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1508
1509          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1510          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1511
1512          IF ( nxr == nx )  THEN
1513             DO  j = nys, nyn
1514                DO  k = nzb_u_inner(j,nx)+1, nzt
1515                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1516                                              u_init(k) * dzw(k)
1517                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1518                ENDDO
1519             ENDDO
1520          ENDIF
1521         
1522          IF ( nyn == ny )  THEN
1523             DO  i = nxl, nxr
1524                DO  k = nzb_v_inner(ny,i)+1, nzt
1525                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1526                                              v_init(k) * dzw(k)
1527                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1528                ENDDO
1529             ENDDO
1530          ENDIF
1531
1532#if defined( __parallel )
1533          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1534                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1535          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1536                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1537
1538#else
1539          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1540          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1541#endif 
1542
1543       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1544
1545          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1546          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1547
1548          IF ( nxr == nx )  THEN
1549             DO  j = nys, nyn
1550                DO  k = nzb_u_inner(j,nx)+1, nzt
1551                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1552                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)
1553                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1554                ENDDO
1555             ENDDO
1556          ENDIF
1557         
1558          IF ( nyn == ny )  THEN
1559             DO  i = nxl, nxr
1560                DO  k = nzb_v_inner(ny,i)+1, nzt
1561                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1562                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)
1563                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1564                ENDDO
1565             ENDDO
1566          ENDIF
1567
1568#if defined( __parallel )
1569          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1570                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1571          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1572                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1573
1574#else
1575          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1576          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1577#endif 
1578
1579       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1580
1581          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1582          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1583
1584          IF ( nxr == nx )  THEN
1585             DO  j = nys, nyn
1586                DO  k = nzb_u_inner(j,nx)+1, nzt
1587                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1588                                              u(k,j,nx) * dzw(k)
1589                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)
1590                ENDDO
1591             ENDDO
1592          ENDIF
1593         
1594          IF ( nyn == ny )  THEN
1595             DO  i = nxl, nxr
1596                DO  k = nzb_v_inner(ny,i)+1, nzt
1597                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1598                                              v(k,ny,i) * dzw(k)
1599                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)
1600                ENDDO
1601             ENDDO
1602          ENDIF
1603
1604#if defined( __parallel )
1605          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1606                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1607          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1608                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1609
1610#else
1611          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1612          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1613#endif 
1614
1615       ENDIF
1616
1617!
1618!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1619!--    from u|v_bulk instead
1620       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1621          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1622          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1623       ENDIF
1624
1625    ENDIF
1626
1627!
1628!-- Initialize quantities for special advections schemes
1629    CALL init_advec
1630
1631!
1632!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1633!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
1634    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
1635         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1636         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1637
1638       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
1639       CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
1640       CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
1641       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1642
1643       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
1644       n_sor = nsor_ini
1645       !$acc data copyin( d, ddzu, ddzw, nzb_s_inner, nzb_u_inner )            &
1646       !$acc      copyin( nzb_v_inner, nzb_w_inner, p, rflags_s_inner, tend )  &
1647       !$acc      copyin( weight_pres, weight_substep )                        &
1648       !$acc      copy( tri, tric, u, v, w )
1649       CALL pres
1650       !$acc end data
1651       n_sor = nsor
1652       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1653
1654    ENDIF
1655
1656!
1657!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
1658    CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )
1659    IF ( plant_canopy )  CALL pcm_init
1660    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1661
1662!
1663!-- If required, initialize dvrp-software
1664    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
1665
1666    IF ( ocean )  THEN
1667!
1668!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1669       CALL init_ocean
1670
1671    ELSE
1672!
1673!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1674!--    This routine must be called before lpm_init, because
1675!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1676!--    lpm_init) is not defined.
1677       CALL init_cloud_physics
1678!
1679!--    Initialize bulk cloud microphysics
1680       CALL microphysics_init
1681    ENDIF
1682
1683!
1684!-- If required, initialize particles
1685    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
1686
1687!
1688!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
1689    IF ( land_surface )  THEN
1690       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
1691       CALL lsm_init
1692       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1693    ENDIF
1694
1695!
1696!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
1697!-- for initialization
1698    IF ( constant_flux_layer )  THEN
1699       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
1700       CALL init_surface_layer_fluxes
1701       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1702    ENDIF
1703
1704!
1705!-- If required, initialize radiation model
1706    IF ( radiation )  THEN
1707       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
1708       CALL radiation_init
1709       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1710    ENDIF
1711   
1712!
1713!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
1714    IF ( wind_turbine )  THEN
1715       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
1716       CALL wtm_init
1717       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1718    ENDIF
1719
1720
1721!
1722!-- Initialize the ws-scheme.   
1723    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
1724
1725!
1726!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
1727!-- and turbulent quantities from the RK substeps
1728    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1729
1730       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
1731       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
1732       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
1733
1734       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
1735       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
1736       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
1737
1738    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1739
1740       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
1741       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
1742         
1743       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
1744       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
1745
1746    ELSE                                     ! for Euler-method
1747
1748       weight_substep(1) = 1.0_wp     
1749       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
1750
1751    ENDIF
1752
1753!
1754!-- Initialize Rayleigh damping factors
1755    rdf    = 0.0_wp
1756    rdf_sc = 0.0_wp
1757    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
1758       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
1759          DO  k = nzb+1, nzt
1760             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1761                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
1762                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
1763                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
1764                      )**2
1765             ENDIF
1766          ENDDO
1767       ELSE
1768          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1769             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1770                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
1771                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
1772                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
1773                      )**2
1774             ENDIF
1775          ENDDO
1776       ENDIF
1777    ENDIF
1778    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
1779
1780!
1781!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1782!-- the external pressure gradient
1783    dp_smooth_factor = 1.0_wp
1784    IF ( dp_external )  THEN
1785!
1786!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1787!--    (e.g. in init_grid).
1788       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1789          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1790          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1791                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1792       ENDIF
1793       IF ( dp_smooth )  THEN
1794          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
1795          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1796             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
1797                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
1798                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
1799          ENDDO
1800       ENDIF
1801    ENDIF
1802
1803!
1804!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
1805!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
1806!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
1807    ptdf_x = 0.0_wp
1808    ptdf_y = 0.0_wp
1809    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
1810       DO  i = nxl, nxr
1811          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
1812             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
1813                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
1814                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
1815          ENDIF
1816       ENDDO
1817    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
1818       DO  i = nxl, nxr
1819          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
1820             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
1821                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1822                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
1823                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1824          ENDIF
1825       ENDDO 
1826    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
1827       DO  j = nys, nyn
1828          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
1829             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
1830                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1831                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
1832                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1833          ENDIF
1834       ENDDO 
1835    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
1836       DO  j = nys, nyn
1837          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
1838             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
1839                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
1840                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
1841                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
1842          ENDIF
1843       ENDDO
1844    ENDIF
1845
1846!
1847!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1848!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
1849!-- would bias the statistics
1850    rmask = 1.0_wp
1851    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
1852    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
1853
1854!
1855!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1856!-- of allowed timeseries is exceeded
1857    CALL user_init
1858
1859    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1860       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
1861                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
1862                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1863       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
1864    ENDIF
1865
1866!
1867!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1868!-- after call of user_init!
1869    CALL close_file( 13 )
1870
1871!
1872!-- Compute total sum of active mask grid points
1873!-- and the mean surface level height for each statistic region
1874!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1875!--          total domain
1876!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1877    ngp_2dh_outer_l   = 0
1878    ngp_2dh_outer     = 0
1879    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1880    ngp_2dh_s_inner   = 0
1881    ngp_2dh_l         = 0
1882    ngp_2dh           = 0
1883    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
1884    ngp_3d_inner      = 0
1885    ngp_3d            = 0
1886    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1887
1888    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
1889    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
1890
1891    DO  sr = 0, statistic_regions
1892       DO  i = nxl, nxr
1893          DO  j = nys, nyn
1894             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
1895!
1896!--             All xy-grid points
1897                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1898                mean_surface_level_height_l(sr) = mean_surface_level_height_l(sr) &
1899                                                  + zw(nzb_s_inner(j,i))
1900!
1901!--             xy-grid points above topography
1902                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1903                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1904                ENDDO
1905                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1906                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1907                ENDDO
1908!
1909!--             All grid points of the total domain above topography
1910                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr)                        &
1911                                     + ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1912             ENDIF
1913          ENDDO
1914       ENDDO
1915    ENDDO
1916
1917    sr = statistic_regions + 1
1918#if defined( __parallel )
1919    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1920    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
1921                        comm2d, ierr )
1922    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1923    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
1924                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1925    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1926    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
1927                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1928    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1929    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
1930                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1931    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1932    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1933    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
1934                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
1935                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1936    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
1937#else
1938    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1939    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1940    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1941    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1942    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
1943#endif
1944
1945    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
1946             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
1947
1948!
1949!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1950!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1951!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1952    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
1953    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
1954                           ngp_3d_inner(:) )
1955    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
1956
1957    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
1958                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
1959
1960    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
1961
1962 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.