source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 2350

Last change on this file since 2350 was 2350, checked in by kanani, 4 years ago

bugfixes and workarounds for nopointer version

  • Property svn:keywords set to Id
  • Property svn:mergeinfo set to False
    /palm/branches/forwind/SOURCE/init_3d_model.f901564-1913
File size: 84.2 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
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2017 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: init_3d_model.f90 2350 2017-08-15 11:48:26Z kanani $
27! Bugfix in nopointer version
28!
29! 2339 2017-08-07 13:55:26Z gronemeier
30! corrected timestamp in header
31!
32! 2338 2017-08-07 12:15:38Z gronemeier
33! Modularize 1D model
34!
35! 2329 2017-08-03 14:24:56Z knoop
36! Removed temporary bugfix (r2327) as bug is properly resolved by this revision
37!
38! 2327 2017-08-02 07:40:57Z maronga
39! Temporary bugfix
40!
41! 2320 2017-07-21 12:47:43Z suehring
42! Modularize large-scale forcing and nudging
43!
44! 2292 2017-06-20 09:51:42Z schwenkel
45! Implementation of new microphysic scheme: cloud_scheme = 'morrison'
46! includes two more prognostic equations for cloud drop concentration (nc) 
47! and cloud water content (qc).
48!
49! 2277 2017-06-12 10:47:51Z kanani
50! Removed unused variable sums_up_fraction_l
51!
52! 2270 2017-06-09 12:18:47Z maronga
53! dots_num must be increased when LSM and/or radiation is used
54!
55! 2259 2017-06-08 09:09:11Z gronemeier
56! Implemented synthetic turbulence generator
57!
58! 2252 2017-06-07 09:35:37Z knoop
59! rho_air now depending on surface_pressure even in Boussinesq mode
60!
61! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
62!
63! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
64! Adjustments to new topography and surface concept:
65!   - Modify passed parameters for disturb_field
66!   - Topography representation via flags
67!   - Remove unused arrays.
68!   - Move initialization of surface-related quantities to surface_mod
69!
70! 2172 2017-03-08 15:55:25Z knoop
71! Bugfix: moved parallel random generator initialization into its module
72!
73! 2118 2017-01-17 16:38:49Z raasch
74! OpenACC directives removed
75!
76! 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop
77! Anelastic approximation implemented
78!
79! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
80! renamed variable rho to rho_ocean
81!
82! 2011 2016-09-19 17:29:57Z kanani
83! Flag urban_surface is now defined in module control_parameters.
84!
85! 2007 2016-08-24 15:47:17Z kanani
86! Added support for urban surface model,
87! adjusted location_message in case of plant_canopy
88!
89! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
90! Forced header and separation lines into 80 columns
91!
92! 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring
93! Initializaton of scalarflux at model top
94! Bugfixes in initialization of surface and top salinity flux, top scalar and
95! humidity fluxes
96!
97! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
98! Separate humidity and passive scalar
99! Increase dimension for mean_inflow_profiles
100! Remove inadvertent write-statement
101! Bugfix, large-scale forcing is still not implemented for passive scalars
102!
103! 1957 2016-07-07 10:43:48Z suehring
104! flight module added
105!
106! 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring
107! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
108! calculation of Obukhov length
109!
110! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
111! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
112! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
113!         routine because otherwise results from pres are overwritten
114!
115! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
116! Added initialization of the wind turbine model
117!
118! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
119! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
120!
121! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
122! Adapted for modularization of microphysics.
123! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
124! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
125! microphysics_init.
126!
127! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
128! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
129!
130! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
131! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
132!
133! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
134! turbulence renamed collision_turbulence
135!
136! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
137! Renamed radiation calls.
138! Renamed canopy model calls.
139!
140! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
141! icloud_scheme replaced by microphysics_*
142!
143! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
144! Renamed lsm calls.
145!
146! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
147! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
148! in r1762)
149!
150! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
151! Added z0q.
152! Syntax layout improved.
153!
154! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
155! netcdf module name changed + related changes
156!
157! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
158! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
159!
160! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
161! Introduction of nested domain feature
162!
163! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
164! calculate mean surface level height for each statistic region
165!
166! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
167! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
168! set zero
169!
170! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
171! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
172! devision by zero in neutral stratification
173!
174! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
175! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
176!
177! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
178! Code annotations made doxygen readable
179!
180! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
181! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
182!
183! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
184! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
185!
186! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
187! adjustments for psolver-queries
188!
189! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
190! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
191! which is part of land_surface_model.
192!
193! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
194! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
195!
196! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
197! Added initialization of the land surface and radiation schemes
198!
199! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
200! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
201! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
202! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
203! call of subroutine init_plant_canopy added.
204!
205! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
206! var_d added, in order to normalize spectra.
207!
208! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
209! Ensemble run capability added to parallel random number generator
210!
211! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
212! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
213! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
214!
215! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
216! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
217! no-slip boundary condition for uv
218!
219! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
220! location messages modified
221!
222! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
223! Parallel random number generator added
224!
225! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
226! location messages added
227!
228! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
229! tend_* removed
230! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
231!
232! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
233! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
234! module
235!
236! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
237! REAL constants provided with KIND-attribute
238!
239! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
240! REAL constants defined as wp-kind
241!
242! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
243! REAL constants defined as wp-kind
244! module interfaces removed
245!
246! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
247! ONLY-attribute added to USE-statements,
248! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
249! kinds are defined in new module kinds,
250! revision history before 2012 removed,
251! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
252! all variable declaration statements
253!
254! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
255! Bugfix: allocation of w_subs
256!
257! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
258! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
259! with large scale forcing data (LSF_DATA)
260!
261! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
262! Overwrite initial profiles in case of nudging
263! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
264!
265! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
266! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
267! copy
268!
269! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
270! array tri is allocated and included in data copy statement
271!
272! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
273! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
274!
275! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
276! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
277!
278! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
279! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
280!
281! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
282! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
283!
284! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
285! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
286! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
287!
288! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
289! unused variables removed
290!
291! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
292! openACC directive modified
293!
294! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
295! openACC directives added for pres
296! array diss allocated only if required
297!
298! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
299! unused variables removed
300!
301! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
302! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
303!
304! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
305! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
306! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
307! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
308! +tend_*, prr
309!
310! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
311! code put under GPL (PALM 3.9)
312!
313! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
314! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
315!
316! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
317! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
318!
319! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
320! mask is set to zero for ghost boundaries
321!
322! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
323! cpp switch __nopointer added for pointer free version
324!
325! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
326! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
327!
328! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
329! all actions concerning leapfrog scheme removed
330!
331! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
332! little reformatting
333!
334! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
335! outflow damping layer removed
336! roughness length for scalar quantites z0h added
337! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
338! boundaries added
339! initialization of ptdf_x, ptdf_y
340! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
341!
342! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
343! init_particles renamed lpm_init
344!
345! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
346! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
347!
348! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
349! Initial revision
350!
351!
352! Description:
353! ------------
354!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
355!> a) pre-run the 1D model
356!> or
357!> b) pre-set constant linear profiles
358!> or
359!> c) read values of a previous run
360!------------------------------------------------------------------------------!
361 SUBROUTINE init_3d_model
362 
363
364    USE advec_ws
365
366    USE arrays_3d
367
368    USE cloud_parameters,                                                      &
369        ONLY:  cp, l_v, r_d
370
371    USE constants,                                                             &
372        ONLY:  pi
373   
374    USE control_parameters
375   
376    USE flight_mod,                                                            &
377        ONLY:  flight_init
378   
379    USE grid_variables,                                                        &
380        ONLY:  dx, dy, ddx2_mg, ddy2_mg
381   
382    USE indices
383
384    USE lpm_init_mod,                                                          &
385        ONLY:  lpm_init
386   
387    USE kinds
388
389    USE land_surface_model_mod,                                                &
390        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays
391 
392    USE lsf_nudging_mod,                                                       &
393        ONLY:  lsf_init, ls_forcing_surf, nudge_init
394
395    USE microphysics_mod,                                                      &
396        ONLY:  collision_turbulence, microphysics_init
397
398    USE model_1d_mod,                                                          &
399        ONLY:  e1d, init_1d_model, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d,  &
400               v1d, vsws1d
401
402    USE netcdf_interface,                                                      &
403        ONLY:  dots_max, dots_num
404   
405    USE particle_attributes,                                                   &
406        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
407   
408    USE pegrid
409   
410    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
411        ONLY:  pcm_init, plant_canopy
412
413    USE radiation_model_mod,                                                   &
414        ONLY:  radiation_init, radiation, radiation_scheme
415   
416    USE random_function_mod
417   
418    USE random_generator_parallel,                                             &
419        ONLY:  init_parallel_random_generator
420   
421    USE statistics,                                                            &
422        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
423               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
424               sums_l_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,                             &
425               weight_pres, weight_substep
426
427    USE synthetic_turbulence_generator_mod,                                    &
428        ONLY:  stg_init, use_synthetic_turbulence_generator
429
430    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
431        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
432
433    USE surface_mod,                                                           &
434        ONLY :  init_surface_arrays, init_surfaces, surf_def_h, surf_lsm_h,    &
435                surf_usm_h
436   
437    USE transpose_indices
438
439    USE urban_surface_mod,                                                     &
440        ONLY:  usm_init_urban_surface
441
442    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
443        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays, wind_turbine
444
445    IMPLICIT NONE
446
447    INTEGER(iwp) ::  i             !<
448    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
449    INTEGER(iwp) ::  j             !<
450    INTEGER(iwp) ::  k             !<
451    INTEGER(iwp) ::  k_surf        !< surface level index
452    INTEGER(iwp) ::  m             !< index of surface element in surface data type
453    INTEGER(iwp) ::  sr            !< index of statistic region
454
455    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
456
457    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
458    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
459
460    REAL(wp)     ::  t_surface !< air temperature at the surface
461
462    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  p_hydrostatic !< hydrostatic pressure
463
464    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
465    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
466    REAL(wp) ::  dx_l !< grid spacing along x on different multigrid level
467    REAL(wp) ::  dy_l !< grid spacing along y on different multigrid level
468
469    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
470    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
471
472    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
473    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
474    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
475
476
477    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
478!
479!-- Allocate arrays
480    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
481              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
482              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
483              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
484              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
485              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
486              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
487              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
488              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
489    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
490    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
491              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
492              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
493              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
494              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
495              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
496              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
497              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
498              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
499              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
500    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
501
502    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
503              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
504              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
505              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
506              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
507
508#if defined( __nopointer )
509    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
510              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
511              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
512              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
513              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
514              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
515              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
516              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
517              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
518              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
519              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
520              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
521              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
522              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
523              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
524#else
525    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
526              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
527              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
528              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
529              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
530              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
531              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
532              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
533              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
534              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
535              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
536              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
537              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
538              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
539    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
540       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
541    ENDIF
542#endif
543
544!
545!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
546!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
547!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
548!-- solver.
549    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
550       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
551    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
552!
553!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
554       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
555    ENDIF
556
557!
558!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
559    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
560       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
561       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
562    ENDIF
563
564    IF ( humidity )  THEN
565!
566!--    3D-humidity
567#if defined( __nopointer )
568       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
569                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
570                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
571#else
572       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
573                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
574                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
575#endif
576
577!
578!--    3D-arrays needed for humidity
579       IF ( humidity )  THEN
580#if defined( __nopointer )
581          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
582#else
583          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
584#endif
585
586          IF ( cloud_physics )  THEN
587!
588!--          Liquid water content
589#if defined( __nopointer )
590             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
591#else
592             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
593#endif
594
595!
596!--          3D-cloud water content
597             IF ( .NOT. microphysics_morrison )  THEN
598#if defined( __nopointer )
599                ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
600#else
601                ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
602#endif
603             ENDIF
604!
605!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
606             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
607                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
608
609!
610!--          3d-precipitation rate
611             ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
612
613             IF ( microphysics_morrison )  THEN
614!
615!--             3D-cloud drop water content, cloud drop concentration arrays
616#if defined( __nopointer )
617                ALLOCATE( nc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
618                          nc_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
619                          qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
620                          qc_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
621                          tnc_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             & 
622                          tqc_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
623#else
624                ALLOCATE( nc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
625                          nc_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
626                          nc_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
627                          qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
628                          qc_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
629                          qc_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
630#endif
631             ENDIF
632
633             IF ( microphysics_seifert )  THEN
634!
635!--             3D-rain water content, rain drop concentration arrays
636#if defined( __nopointer )
637                ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
638                          nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
639                          qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
640                          qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
641                          tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
642                          tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
643#else
644                ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
645                          nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
646                          nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
647                          qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
648                          qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
649                          qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
650#endif
651             ENDIF
652
653          ENDIF
654
655          IF ( cloud_droplets )  THEN
656!
657!--          Liquid water content, change in liquid water content
658#if defined( __nopointer )
659             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
660                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
661#else
662             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
663                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
664#endif
665!
666!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
667             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
668                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
669          ENDIF
670
671       ENDIF
672
673    ENDIF
674   
675   
676    IF ( passive_scalar )  THEN
677
678!
679!--    3D scalar arrays
680#if defined( __nopointer )
681       ALLOCATE( s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
682                 s_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
683                 ts_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
684#else
685       ALLOCATE( s_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
686                 s_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
687                 s_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
688#endif
689    ENDIF
690
691    IF ( ocean )  THEN
692#if defined( __nopointer )
693       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
694                 rho_ocean(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
695                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
696                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
697                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
698#else
699       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
700                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
701                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
702                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
703                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
704       prho => prho_1
705       rho_ocean  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
706                      ! density to be apointer
707#endif
708    ENDIF
709
710!
711!-- Allocation of anelastic and Boussinesq approximation specific arrays
712    ALLOCATE( p_hydrostatic(nzb:nzt+1) )
713    ALLOCATE( rho_air(nzb:nzt+1) )
714    ALLOCATE( rho_air_zw(nzb:nzt+1) )
715    ALLOCATE( drho_air(nzb:nzt+1) )
716    ALLOCATE( drho_air_zw(nzb:nzt+1) )
717
718!
719!-- Density profile calculation for anelastic approximation
720    t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**( r_d / cp )
721    IF ( TRIM( approximation ) == 'anelastic' ) THEN
722       DO  k = nzb, nzt+1
723          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
724                                ( 1 - ( g * zu(k) ) / ( cp * t_surface )       &
725                                )**( cp / r_d )
726          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
727                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
728                                  )**( r_d / cp )                              &
729                                ) / ( r_d * pt_init(k) )
730       ENDDO
731       DO  k = nzb, nzt
732          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
733       ENDDO
734       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
735                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
736    ELSE
737       DO  k = nzb, nzt+1
738          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
739                                ( 1 - ( g * zu(nzb) ) / ( cp * t_surface )       &
740                                )**( cp / r_d )
741          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
742                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
743                                  )**( r_d / cp )                              &
744                                ) / ( r_d * pt_init(nzb) )
745       ENDDO
746       DO  k = nzb, nzt
747          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
748       ENDDO
749       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
750                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
751    ENDIF
752
753!-- compute the inverse density array in order to avoid expencive divisions
754    drho_air    = 1.0_wp / rho_air
755    drho_air_zw = 1.0_wp / rho_air_zw
756
757!
758!-- Allocation of flux conversion arrays
759    ALLOCATE( heatflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
760    ALLOCATE( waterflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
761    ALLOCATE( momentumflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
762    ALLOCATE( heatflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
763    ALLOCATE( waterflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
764    ALLOCATE( momentumflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
765
766!
767!-- calculate flux conversion factors according to approximation and in-/output mode
768    DO  k = nzb, nzt+1
769
770        IF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'kinematic' )  THEN
771            heatflux_input_conversion(k)      = rho_air_zw(k)
772            waterflux_input_conversion(k)     = rho_air_zw(k)
773            momentumflux_input_conversion(k)  = rho_air_zw(k)
774        ELSEIF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'dynamic' ) THEN
775            heatflux_input_conversion(k)      = 1.0_wp / cp
776            waterflux_input_conversion(k)     = 1.0_wp / l_v
777            momentumflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
778        ENDIF
779
780        IF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'kinematic' )  THEN
781            heatflux_output_conversion(k)     = drho_air_zw(k)
782            waterflux_output_conversion(k)    = drho_air_zw(k)
783            momentumflux_output_conversion(k) = drho_air_zw(k)
784        ELSEIF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'dynamic' ) THEN
785            heatflux_output_conversion(k)     = cp
786            waterflux_output_conversion(k)    = l_v
787            momentumflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
788        ENDIF
789
790        IF ( .NOT. humidity ) THEN
791            waterflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
792            waterflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
793        ENDIF
794
795    ENDDO
796
797!
798!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
799!-- grid levels with respective density on each grid
800    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
801
802       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level) )
803       ALLOCATE( ddy2_mg(maximum_grid_level) )
804       ALLOCATE( dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
805       ALLOCATE( dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
806       ALLOCATE( f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
807       ALLOCATE( f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
808       ALLOCATE( f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
809       ALLOCATE( rho_air_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
810       ALLOCATE( rho_air_zw_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
811
812       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
813       rho_air_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air
814!       
815!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
816       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
817       rho_air_mg(nzb,maximum_grid_level) = rho_air(nzb) +                     &
818                                             (rho_air(nzb) - rho_air(nzb+1))
819
820       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
821       rho_air_zw_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air_zw
822       nzt_l = nzt
823       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
824           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
825           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
826           rho_air_mg(nzb,l)    = rho_air_mg(nzb,l+1) + (rho_air_mg(nzb,l+1) - rho_air_mg(nzb+1,l+1))
827           rho_air_zw_mg(nzb,l) = rho_air_zw_mg(nzb,l+1) + (rho_air_zw_mg(nzb,l+1) - rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1))
828           rho_air_mg(nzb+1,l)    = rho_air_mg(nzb+1,l+1)
829           rho_air_zw_mg(nzb+1,l) = rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1)
830           nzt_l = nzt_l / 2
831           DO  k = 2, nzt_l+1
832              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
833              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
834              rho_air_mg(k,l)    = rho_air_mg(2*k-1,l+1)
835              rho_air_zw_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(2*k-1,l+1)
836           ENDDO
837       ENDDO
838
839       nzt_l = nzt
840       dx_l  = dx
841       dy_l  = dy
842       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
843          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
844          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
845          DO  k = nzb+1, nzt_l
846             f2_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k,l) / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
847             f3_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k-1,l) / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
848             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) &
849                          * rho_air_mg(k,l) + f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
850          ENDDO
851          nzt_l = nzt_l / 2
852          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
853          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
854       ENDDO
855
856    ENDIF
857
858!
859!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
860!-- particle velocities
861    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  collision_turbulence )&
862    THEN
863       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
864    ENDIF
865
866!
867!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
868    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
869       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
870       w_subs = 0.0_wp
871    ENDIF
872
873!
874!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
875!-- are needed for radiation boundary conditions
876    IF ( outflow_l )  THEN
877       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
878                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
879                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
880    ENDIF
881    IF ( outflow_r )  THEN
882       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
883                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
884                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
885    ENDIF
886    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
887       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
888                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
889    ENDIF
890    IF ( outflow_s )  THEN
891       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
892                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
893                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
894    ENDIF
895    IF ( outflow_n )  THEN
896       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
897                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
898                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
899    ENDIF
900    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
901       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
902                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
903    ENDIF
904    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
905       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
906       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
907    ENDIF
908
909
910#if ! defined( __nopointer )
911!
912!-- Initial assignment of the pointers
913    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
914    IF ( .NOT. neutral )  THEN
915       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
916    ELSE
917       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
918    ENDIF
919    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
920    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
921    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
922
923    IF ( humidity )  THEN
924       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
925       IF ( humidity )  THEN
926          vpt  => vpt_1   
927          IF ( cloud_physics )  THEN
928             ql => ql_1
929             IF ( .NOT. microphysics_morrison )  THEN
930                qc => qc_1
931             ENDIF
932             IF ( microphysics_morrison )  THEN
933                qc => qc_1;  qc_p  => qc_2;  tqc_m  => qc_3
934                nc => nc_1;  nc_p  => nc_2;  tnc_m  => nc_3
935             ENDIF
936             IF ( microphysics_seifert )  THEN
937                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
938                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
939             ENDIF
940          ENDIF
941       ENDIF
942       IF ( cloud_droplets )  THEN
943          ql   => ql_1
944          ql_c => ql_2
945       ENDIF
946    ENDIF
947   
948    IF ( passive_scalar )  THEN
949       s => s_1;  s_p => s_2;  ts_m => s_3
950    ENDIF   
951
952    IF ( ocean )  THEN
953       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
954    ENDIF
955#endif
956!
957!-- Initialize wall arrays
958    CALL init_surface_arrays
959!
960!-- Allocate land surface model arrays
961    IF ( land_surface )  THEN
962       CALL lsm_init_arrays
963    ENDIF
964
965!
966!-- Allocate wind turbine model arrays
967    IF ( wind_turbine )  THEN
968       CALL wtm_init_arrays
969    ENDIF
970   
971!
972!-- Initialize virtual flight measurements
973    IF ( virtual_flight )  THEN
974       CALL flight_init
975    ENDIF
976
977!
978!-- Initialize nudging if required
979    IF ( nudging )  THEN
980       CALL nudge_init
981    ENDIF
982
983!
984!-- Initialize reading of large scale forcing from external file - if required
985    IF ( large_scale_forcing )  THEN
986       CALL lsf_init
987    ENDIF
988
989!
990!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
991!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
992!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
993!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
994!-- will be set.
995    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
996              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
997    weight_substep = 1.0_wp
998    weight_pres    = 1.0_wp
999    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
1000       
1001    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1002
1003!
1004!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1005!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1006!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1007!-- are never initialized)
1008    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1009    sums_divold_l      = 0.0_wp
1010    sums_l_l           = 0.0_wp
1011    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
1012
1013!
1014!-- Initialize model variables
1015    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1016         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1017!
1018!--    First model run of a possible job queue.
1019!--    Initial profiles of the variables must be computes.
1020       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
1021
1022          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
1023!
1024!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
1025!--       start 1D model
1026          CALL init_1d_model
1027!
1028!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
1029          DO  i = nxlg, nxrg
1030             DO  j = nysg, nyng
1031                e(:,j,i)  = e1d
1032                kh(:,j,i) = kh1d
1033                km(:,j,i) = km1d
1034                pt(:,j,i) = pt_init
1035                u(:,j,i)  = u1d
1036                v(:,j,i)  = v1d
1037             ENDDO
1038          ENDDO
1039
1040          IF ( humidity )  THEN
1041             DO  i = nxlg, nxrg
1042                DO  j = nysg, nyng
1043                   q(:,j,i) = q_init
1044                ENDDO
1045             ENDDO
1046             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1047                DO  i = nxlg, nxrg
1048                   DO  j = nysg, nyng
1049                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1050                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1051                   ENDDO
1052                ENDDO
1053             ENDIF
1054             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1055                DO  i = nxlg, nxrg
1056                   DO  j = nysg, nyng
1057                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1058                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
1059                   ENDDO
1060                ENDDO
1061             ENDIF
1062          ENDIF
1063
1064          IF ( passive_scalar )  THEN
1065             DO  i = nxlg, nxrg
1066                DO  j = nysg, nyng
1067                   s(:,j,i) = s_init
1068                ENDDO
1069             ENDDO   
1070          ENDIF
1071
1072          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1073             DO  i = nxlg, nxrg
1074                DO  j = nysg, nyng
1075                   e(:,j,i)  = e1d
1076                ENDDO
1077             ENDDO
1078!
1079!--          Store initial profiles for output purposes etc.
1080             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
1081
1082          ELSE
1083             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
1084          ENDIF
1085!
1086!--       Inside buildings set velocities back to zero
1087          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
1088             DO  i = nxlg, nxrg
1089                DO  j = nysg, nyng
1090                   DO  k = nzb, nzt
1091                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1092                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1093                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1094                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1095                   ENDDO
1096                ENDDO
1097             ENDDO
1098             
1099!
1100!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
1101!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
1102!--                   below the topography; need to correct later
1103!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
1104!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
1105!--                     the topography.
1106             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
1107!
1108!--             Neumann condition
1109                DO  i = nxl-1, nxr+1
1110                   DO  j = nys-1, nyn+1
1111                      u(nzb,j,i) = u(nzb+1,j,i)
1112                      v(nzb,j,i) = v(nzb+1,j,i)
1113                   ENDDO
1114                ENDDO
1115
1116             ENDIF
1117
1118          ENDIF
1119
1120          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1121
1122       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
1123       THEN
1124
1125          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
1126!
1127!--       Overwrite initial profiles in case of synthetic turbulence generator
1128          IF( use_synthetic_turbulence_generator ) THEN
1129             CALL stg_init
1130          ENDIF
1131
1132!
1133!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
1134!--       temperature profile with constant gradient)
1135          DO  i = nxlg, nxrg
1136             DO  j = nysg, nyng
1137                pt(:,j,i) = pt_init
1138                u(:,j,i)  = u_init
1139                v(:,j,i)  = v_init
1140             ENDDO
1141          ENDDO
1142
1143!
1144!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
1145!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
1146!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
1147!--       in the limiting formula!).
1148          IF ( ibc_uv_b /= 1 )  THEN
1149             DO  i = nxlg, nxrg
1150                DO  j = nysg, nyng
1151                   DO  k = nzb, nzt
1152                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1153                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 20 ) )
1154                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1155                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 21 ) )
1156                   ENDDO
1157                ENDDO
1158             ENDDO
1159          ENDIF
1160
1161          IF ( humidity )  THEN
1162             DO  i = nxlg, nxrg
1163                DO  j = nysg, nyng
1164                   q(:,j,i) = q_init
1165                ENDDO
1166             ENDDO
1167             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1168                DO  i = nxlg, nxrg
1169                   DO  j = nysg, nyng
1170                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1171                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1172                   ENDDO
1173                ENDDO
1174             ENDIF
1175
1176             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1177                DO  i = nxlg, nxrg
1178                   DO  j = nysg, nyng
1179                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1180                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
1181                   ENDDO
1182                ENDDO
1183             ENDIF
1184
1185          ENDIF
1186         
1187          IF ( passive_scalar )  THEN
1188             DO  i = nxlg, nxrg
1189                DO  j = nysg, nyng
1190                   s(:,j,i) = s_init
1191                ENDDO
1192             ENDDO
1193          ENDIF
1194
1195          IF ( ocean )  THEN
1196             DO  i = nxlg, nxrg
1197                DO  j = nysg, nyng
1198                   sa(:,j,i) = sa_init
1199                ENDDO
1200             ENDDO
1201          ENDIF
1202         
1203          IF ( constant_diffusion )  THEN
1204             km   = km_constant
1205             kh   = km / prandtl_number
1206             e    = 0.0_wp
1207          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
1208             DO  k = nzb+1, nzt
1209                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
1210             ENDDO
1211             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
1212             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
1213             kh   = km / prandtl_number
1214             e    = e_init
1215          ELSE
1216             IF ( .NOT. ocean )  THEN
1217                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
1218                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
1219                              ! production terms, as long as not yet
1220                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
1221             ELSE
1222                kh   = 0.00001_wp
1223                km   = 0.00001_wp
1224             ENDIF
1225             e    = 0.0_wp
1226          ENDIF
1227!
1228!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
1229!--       of a sloping surface
1230          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1231
1232          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1233
1234       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
1235       THEN
1236
1237          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
1238!
1239!--       Initialization will completely be done by the user
1240          CALL user_init_3d_model
1241
1242          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1243
1244       ENDIF
1245
1246       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
1247                              .FALSE. )
1248
1249!
1250!--    Bottom boundary
1251       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
1252          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
1253          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
1254       ENDIF
1255
1256!
1257!--    Apply channel flow boundary condition
1258       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
1259          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1260          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1261       ENDIF
1262
1263!
1264!--    Calculate virtual potential temperature
1265       IF ( humidity )  vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
1266
1267!
1268!--    Store initial profiles for output purposes etc.
1269       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1270       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1271       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
1272          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1273          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
1274       ENDIF
1275       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1276       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1277       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1278
1279       IF ( ocean )  THEN
1280!
1281!--       Store initial salinity profile
1282          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1283       ENDIF
1284
1285       IF ( humidity )  THEN
1286!
1287!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1288!--       temperature
1289          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1290          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1291          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1292!
1293!--          Store initial profile of specific humidity and potential
1294!--          temperature
1295             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1296             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1297          ENDIF
1298       ENDIF
1299
1300       IF ( passive_scalar )  THEN
1301!
1302!--       Store initial scalar profile
1303          hom(:,1,115,:) = SPREAD(  s(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1304       ENDIF
1305
1306!
1307!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1308       CALL random_function_ini
1309       
1310       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
1311          CALL init_parallel_random_generator(nx, ny, nys, nyn, nxl, nxr)
1312       ENDIF
1313!
1314!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1315!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1316       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1317          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1318             ref_state(:) = pt_reference
1319          ELSE
1320             ref_state(:) = vpt_reference
1321          ENDIF
1322       ELSE
1323          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1324             ref_state(:) = pt_init(:)
1325          ELSE
1326             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1327          ENDIF
1328       ENDIF
1329
1330!
1331!--    For the moment, vertical velocity is zero
1332       w = 0.0_wp
1333
1334!
1335!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1336       sums = 0.0_wp
1337
1338!
1339!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1340       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
1341
1342!
1343!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1344!--    are zero at beginning of the simulation
1345       IF ( cloud_physics )  THEN
1346          ql = 0.0_wp
1347          qc = 0.0_wp
1348
1349          precipitation_amount = 0.0_wp
1350       ENDIF
1351!
1352!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1353       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1354          CALL init_rankine
1355       ENDIF
1356
1357!
1358!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1359       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1360          CALL init_pt_anomaly
1361       ENDIF
1362
1363!
1364!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1365       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1366          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1367       ENDIF
1368
1369!
1370!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1371!--    run
1372       IF ( humidity  .AND.  q_surface_initial_change /= 0.0_wp )              &
1373          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1374         
1375       IF ( passive_scalar .AND.  s_surface_initial_change /= 0.0_wp )         &
1376          s(nzb,:,:) = s(nzb,:,:) + s_surface_initial_change
1377       
1378
1379!
1380!--    Initialize old and new time levels.
1381       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
1382       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1383
1384       IF ( humidity  )  THEN
1385          tq_m = 0.0_wp
1386          q_p = q
1387          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1388             tqc_m = 0.0_wp
1389             qc_p  = qc
1390             tnc_m = 0.0_wp
1391             nc_p  = nc
1392          ENDIF
1393          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1394             tqr_m = 0.0_wp
1395             qr_p  = qr
1396             tnr_m = 0.0_wp
1397             nr_p  = nr
1398          ENDIF
1399       ENDIF
1400       
1401       IF ( passive_scalar )  THEN
1402          ts_m = 0.0_wp
1403          s_p  = s
1404       ENDIF       
1405
1406       IF ( ocean )  THEN
1407          tsa_m = 0.0_wp
1408          sa_p  = sa
1409       ENDIF
1410       
1411       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1412
1413    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1414             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                   &
1415    THEN
1416
1417       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1418                              .FALSE. )
1419!
1420!--    Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1421!--    momentumfluxes, roughness, scaling parameters. As number of surface
1422!--    elements might be different between runs, e.g. in case of cyclic fill,
1423!--    and not all surface elements are read, surface elements need to be
1424!--    initialized before.     
1425       CALL init_surfaces
1426!
1427!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1428!--    some of the global variables from the restart file which are required
1429!--    for initializing the inflow
1430       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1431
1432          DO  i = 0, io_blocks-1
1433             IF ( i == io_group )  THEN
1434                CALL read_parts_of_var_list
1435                CALL close_file( 13 )
1436             ENDIF
1437#if defined( __parallel )
1438             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1439#endif
1440          ENDDO
1441
1442       ENDIF
1443
1444!
1445!--    Read binary data from restart file
1446       DO  i = 0, io_blocks-1
1447          IF ( i == io_group )  THEN
1448             CALL read_3d_binary
1449          ENDIF
1450#if defined( __parallel )
1451          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1452#endif
1453       ENDDO
1454
1455!
1456!--    Initialization of the turbulence recycling method
1457       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
1458            turbulent_inflow )  THEN
1459!
1460!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1461!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1462!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1463!--       for u,v-components can be used.
1464          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,7) )
1465
1466          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1467             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1468             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1469          ELSE
1470             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1471             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1472          ENDIF
1473          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1474          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
1475          IF ( humidity )                                                      &
1476             mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)   ! q
1477          IF ( passive_scalar )                                                &
1478             mean_inflow_profiles(:,7) = hom_sum(:,115,0)   ! s
1479
1480!
1481!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1482!--       profiles
1483          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1484             DO  i = nxlg, nxrg
1485                DO  j = nysg, nyng
1486                   DO  k = nzb, nzt+1
1487                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1488                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1489                   ENDDO
1490                ENDDO
1491             ENDDO
1492          ENDIF
1493
1494!
1495!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1496!--       conditions are used)
1497          IF ( inflow_l )  THEN
1498             DO  j = nysg, nyng
1499                DO  k = nzb, nzt+1
1500                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1501                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1502                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
1503                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1504                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
1505                   IF ( humidity )                                             &
1506                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
1507                   IF ( passive_scalar )                                       &
1508                      s(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7)                     
1509                ENDDO
1510             ENDDO
1511          ENDIF
1512
1513!
1514!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1515!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1516!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1517!--       in time.
1518          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
1519!
1520!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1521!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1522!--          specified.
1523             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
1524                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1525             ELSE
1526                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1527                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
1528                     'calculated by the prerun is zero.'
1529                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1530             ENDIF
1531
1532          ENDIF
1533
1534          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
1535!
1536!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1537!--          layer
1538             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
1539
1540          ENDIF
1541
1542          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1543
1544          DO  k = nzb, nzt+1
1545
1546             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1547                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
1548             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1549                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
1550                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1551                                           inflow_damping_width
1552             ELSE
1553                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
1554             ENDIF
1555
1556          ENDDO
1557
1558       ENDIF
1559
1560!
1561!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
1562       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
1563            topography /= 'flat' )  THEN
1564!
1565!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1566!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1567!--       maybe revise later.
1568          DO  i = nxlg, nxrg
1569             DO  j = nysg, nyng
1570                DO  k = nzb, nzt
1571                   u(k,j,i)     = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1572                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1573                   v(k,j,i)     = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1574                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1575                   w(k,j,i)     = MERGE( w(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1576                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1577                   e(k,j,i)     = MERGE( e(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1578                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1579                   tu_m(k,j,i)  = MERGE( tu_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1580                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1581                   tv_m(k,j,i)  = MERGE( tv_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1582                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1583                   tw_m(k,j,i)  = MERGE( tw_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1584                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1585                   te_m(k,j,i)  = MERGE( te_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1586                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1587                   tpt_m(k,j,i) = MERGE( tpt_m(k,j,i), 0.0_wp,                 &
1588                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1589                ENDDO
1590             ENDDO
1591          ENDDO
1592
1593       ENDIF
1594
1595!
1596!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1597!--    of a sloping surface
1598       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1599
1600!
1601!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1602!--    including ghost points)
1603       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1604       IF ( humidity )  THEN
1605          q_p = q
1606          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1607             qc_p = qc
1608             nc_p = nc
1609          ENDIF
1610          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1611             qr_p = qr
1612             nr_p = nr
1613          ENDIF
1614       ENDIF
1615       IF ( passive_scalar )  s_p  = s
1616       IF ( ocean          )  sa_p = sa
1617
1618!
1619!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1620!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1621!--    there before they are set.
1622       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
1623       IF ( humidity )  THEN
1624          tq_m = 0.0_wp
1625          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1626             tqc_m = 0.0_wp
1627             tnc_m = 0.0_wp
1628          ENDIF
1629          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1630             tqr_m = 0.0_wp
1631             tnr_m = 0.0_wp
1632          ENDIF
1633       ENDIF
1634       IF ( passive_scalar )  ts_m  = 0.0_wp
1635       IF ( ocean          )  tsa_m = 0.0_wp
1636!
1637!--    Initialize synthetic turbulence generator in case of restart.
1638       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .AND.         &
1639            use_synthetic_turbulence_generator )  CALL stg_init
1640
1641       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1642
1643    ELSE
1644!
1645!--    Actually this part of the programm should not be reached
1646       message_string = 'unknown initializing problem'
1647       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1648    ENDIF
1649
1650
1651    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1652!
1653!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1654       IF ( outflow_l )  THEN
1655          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1656          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1657          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1658       ENDIF
1659       IF ( outflow_r )  THEN
1660          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1661          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1662          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1663       ENDIF
1664       IF ( outflow_s )  THEN
1665          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1666          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1667          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1668       ENDIF
1669       IF ( outflow_n )  THEN
1670          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1671          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1672          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1673       ENDIF
1674       
1675    ENDIF
1676
1677!
1678!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1679    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1680
1681       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1682
1683          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1684          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1685
1686          IF ( nxr == nx )  THEN
1687             DO  j = nys, nyn
1688                DO  k = nzb+1, nzt
1689                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1690                                              u_init(k) * dzw(k)               &
1691                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1692                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1693                                            )
1694
1695                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1696                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1697                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1698                                            )
1699                ENDDO
1700             ENDDO
1701          ENDIF
1702         
1703          IF ( nyn == ny )  THEN
1704             DO  i = nxl, nxr
1705                DO  k = nzb+1, nzt
1706                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1707                                              v_init(k) * dzw(k)               &       
1708                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1709                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1710                                            )
1711                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1712                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1713                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1714                                            )
1715                ENDDO
1716             ENDDO
1717          ENDIF
1718
1719#if defined( __parallel )
1720          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1721                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1722          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1723                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1724
1725#else
1726          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1727          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1728#endif 
1729
1730       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1731
1732          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1733          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1734
1735          IF ( nxr == nx )  THEN
1736             DO  j = nys, nyn
1737                DO  k = nzb+1, nzt
1738                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1739                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)          &
1740                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1741                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1742                                            )
1743                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1744                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1745                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1746                                            )
1747                ENDDO
1748             ENDDO
1749          ENDIF
1750         
1751          IF ( nyn == ny )  THEN
1752             DO  i = nxl, nxr
1753                DO  k = nzb+1, nzt
1754                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1755                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)          &       
1756                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1757                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1758                                            )
1759                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1760                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1761                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1762                                            )
1763                ENDDO
1764             ENDDO
1765          ENDIF
1766
1767#if defined( __parallel )
1768          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1769                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1770          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1771                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1772
1773#else
1774          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1775          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1776#endif 
1777
1778       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1779
1780          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1781          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1782
1783          IF ( nxr == nx )  THEN
1784             DO  j = nys, nyn
1785                DO  k = nzb+1, nzt
1786                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1787                                              u(k,j,nx) * dzw(k)               &
1788                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1789                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1790                                            )
1791                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1792                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1793                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1794                                            )
1795                ENDDO
1796             ENDDO
1797          ENDIF
1798         
1799          IF ( nyn == ny )  THEN
1800             DO  i = nxl, nxr
1801                DO  k = nzb+1, nzt
1802                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1803                                              v(k,ny,i) * dzw(k)               &       
1804                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1805                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1806                                            )
1807                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1808                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1809                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1810                                            )
1811                ENDDO
1812             ENDDO
1813          ENDIF
1814
1815#if defined( __parallel )
1816          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1817                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1818          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1819                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1820
1821#else
1822          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1823          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1824#endif 
1825
1826       ENDIF
1827
1828!
1829!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1830!--    from u|v_bulk instead
1831       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1832          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1833          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1834       ENDIF
1835
1836    ENDIF
1837!
1838!-- Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1839!-- momentumfluxes, roughness, scaling parameters.
1840!-- This is already done in case of restart data. 
1841    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1842         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1843       CALL init_surfaces
1844!
1845!--    Finally, if random_heatflux is set, disturb shf at horizontal
1846!--    surfaces. Actually, this should be done in surface_mod, where all other
1847!--    initializations of surface quantities are done. However, this
1848!--    would create a ring dependency, hence, it is done here. Maybe delete
1849!--    disturb_heatflux and tranfer the respective code directly into the
1850!--    initialization in surface_mod.         
1851       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux  .AND.                &
1852            random_heatflux )  THEN
1853          IF ( surf_def_h(0)%ns >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_def_h(0) )
1854          IF ( surf_lsm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_lsm_h    )
1855          IF ( surf_usm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_usm_h    )
1856       ENDIF
1857    ENDIF
1858
1859!
1860!-- Initialize surface forcing corresponding to large-scale forcing. Therein,
1861!-- initialize heat-fluxes, etc. via datatype. Revise it later!
1862    IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
1863       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux )  THEN
1864          CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
1865       ENDIF
1866    ENDIF
1867!
1868!-- Initialize quantities for special advections schemes
1869    CALL init_advec
1870
1871!
1872!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1873!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
1874    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
1875         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1876         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1877
1878       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
1879       CALL disturb_field( 'u', tend, u )
1880       CALL disturb_field( 'v', tend, v )
1881       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1882
1883       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
1884       n_sor = nsor_ini
1885       CALL pres
1886       n_sor = nsor
1887       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1888
1889    ENDIF
1890
1891!
1892!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
1893    IF ( plant_canopy )  THEN
1894       CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )   
1895       CALL pcm_init
1896       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1897    ENDIF
1898
1899!
1900!-- If required, initialize dvrp-software
1901    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
1902
1903    IF ( ocean )  THEN
1904!
1905!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1906       CALL init_ocean
1907
1908    ELSE
1909!
1910!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1911!--    This routine must be called before lpm_init, because
1912!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1913!--    lpm_init) is not defined.
1914       CALL init_cloud_physics
1915!
1916!--    Initialize bulk cloud microphysics
1917       CALL microphysics_init
1918    ENDIF
1919
1920!
1921!-- If required, initialize particles
1922    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
1923
1924!
1925!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
1926    IF ( land_surface )  THEN
1927       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
1928       CALL lsm_init
1929       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1930    ENDIF
1931
1932!
1933!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
1934!-- for initialization
1935    IF ( constant_flux_layer )  THEN
1936       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
1937       CALL init_surface_layer_fluxes
1938       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1939    ENDIF
1940
1941!
1942!-- If required, initialize radiation model
1943    IF ( radiation )  THEN
1944       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
1945       CALL radiation_init
1946       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1947    ENDIF
1948
1949   
1950!
1951!-- Temporary solution to add LSM and radiation time series to the default
1952!-- output
1953    IF ( land_surface  .OR.  radiation )  THEN
1954       IF ( TRIM( radiation_scheme ) == 'rrtmg' )  THEN
1955          dots_num = dots_num + 15
1956       ELSE
1957          dots_num = dots_num + 11
1958       ENDIF
1959    ENDIF
1960   
1961!
1962!-- If required, initialize urban surface model
1963    IF ( urban_surface )  THEN
1964       CALL location_message( 'initializing urban surface model', .FALSE. )
1965       CALL usm_init_urban_surface
1966       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1967    ENDIF
1968
1969!
1970!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
1971    IF ( wind_turbine )  THEN
1972       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
1973       CALL wtm_init
1974       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1975    ENDIF
1976
1977
1978!
1979!-- Initialize the ws-scheme.   
1980    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
1981
1982!
1983!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
1984!-- and turbulent quantities from the RK substeps
1985    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1986
1987       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
1988       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
1989       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
1990
1991       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
1992       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
1993       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
1994
1995    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1996
1997       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
1998       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
1999         
2000       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
2001       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
2002
2003    ELSE                                     ! for Euler-method
2004
2005       weight_substep(1) = 1.0_wp     
2006       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
2007
2008    ENDIF
2009
2010!
2011!-- Initialize Rayleigh damping factors
2012    rdf    = 0.0_wp
2013    rdf_sc = 0.0_wp
2014    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
2015       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
2016          DO  k = nzb+1, nzt
2017             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
2018                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2019                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
2020                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
2021                      )**2
2022             ENDIF
2023          ENDDO
2024       ELSE
2025          DO  k = nzt, nzb+1, -1
2026             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
2027                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2028                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
2029                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
2030                      )**2
2031             ENDIF
2032          ENDDO
2033       ENDIF
2034    ENDIF
2035    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
2036
2037!
2038!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
2039!-- the external pressure gradient
2040    dp_smooth_factor = 1.0_wp
2041    IF ( dp_external )  THEN
2042!
2043!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
2044!--    (e.g. in init_grid).
2045       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
2046          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
2047          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb
2048                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
2049       ENDIF
2050       IF ( dp_smooth )  THEN
2051          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
2052          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
2053             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
2054                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
2055                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
2056          ENDDO
2057       ENDIF
2058    ENDIF
2059
2060!
2061!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
2062!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
2063!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
2064    ptdf_x = 0.0_wp
2065    ptdf_y = 0.0_wp
2066    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
2067       DO  i = nxl, nxr
2068          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
2069             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
2070                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
2071                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
2072          ENDIF
2073       ENDDO
2074    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
2075       DO  i = nxl, nxr
2076          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
2077             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
2078                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2079                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
2080                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2081          ENDIF
2082       ENDDO
2083    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
2084       DO  j = nys, nyn
2085          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
2086             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2087                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2088                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
2089                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2090          ENDIF
2091       ENDDO
2092    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
2093       DO  j = nys, nyn
2094          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
2095             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2096                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2097                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
2098                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2099          ENDIF
2100       ENDDO
2101    ENDIF
2102
2103!
2104!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
2105!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
2106!-- would bias the statistics
2107    rmask = 1.0_wp
2108    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
2109    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
2110
2111!
2112!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
2113!-- of allowed timeseries is exceeded
2114    CALL user_init
2115
2116    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
2117       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
2118                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
2119                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
2120       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
2121    ENDIF
2122
2123!
2124!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
2125!-- after call of user_init!
2126    CALL close_file( 13 )
2127
2128!
2129!-- Compute total sum of active mask grid points
2130!-- and the mean surface level height for each statistic region
2131!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
2132!--          total domain
2133!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
2134    ngp_2dh_outer_l   = 0
2135    ngp_2dh_outer     = 0
2136    ngp_2dh_s_inner_l = 0
2137    ngp_2dh_s_inner   = 0
2138    ngp_2dh_l         = 0
2139    ngp_2dh           = 0
2140    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
2141    ngp_3d_inner      = 0
2142    ngp_3d            = 0
2143    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
2144
2145    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
2146    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
2147
2148!
2149!-- To do: New concept for these non-topography grid points!
2150    DO  sr = 0, statistic_regions
2151       DO  i = nxl, nxr
2152          DO  j = nys, nyn
2153             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
2154!
2155!--             All xy-grid points
2156                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
2157!
2158!--             Determine mean surface-level height. In case of downward-
2159!--             facing walls are present, more than one surface level exist.
2160!--             In this case, use the lowest surface-level height.
2161                IF ( surf_def_h(0)%start_index(j,i) <=                         &
2162                     surf_def_h(0)%end_index(j,i) )  THEN
2163                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
2164                   k = surf_def_h(0)%k(m)
2165                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2166                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2167                ENDIF
2168                IF ( surf_lsm_h%start_index(j,i) <=                            &
2169                     surf_lsm_h%end_index(j,i) )  THEN
2170                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
2171                   k = surf_lsm_h%k(m)
2172                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2173                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2174                ENDIF
2175                IF ( surf_usm_h%start_index(j,i) <=                            &
2176                     surf_usm_h%end_index(j,i) )  THEN
2177                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
2178                   k = surf_usm_h%k(m)
2179                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2180                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2181                ENDIF
2182
2183                k_surf = k - 1
2184
2185                DO  k = nzb, nzt+1
2186!
2187!--                xy-grid points above topography
2188                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr)     +         &
2189                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 24 ) )
2190
2191                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) +         &
2192                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 22 ) )
2193
2194                ENDDO
2195!
2196!--             All grid points of the total domain above topography
2197                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + ( nz - k_surf + 2 )
2198
2199
2200
2201             ENDIF
2202          ENDDO
2203       ENDDO
2204    ENDDO
2205
2206    sr = statistic_regions + 1
2207#if defined( __parallel )
2208    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2209    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
2210                        comm2d, ierr )
2211    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2212    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
2213                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2214    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2215    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
2216                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2217    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2218    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
2219                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2220    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2221    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2222    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
2223                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
2224                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2225    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
2226#else
2227    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
2228    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
2229    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
2230    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2231    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
2232#endif
2233
2234    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
2235             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2236
2237!
2238!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
2239!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
2240!-- the respective subdomain lie below the surface topography
2241    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
2242    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
2243                           ngp_3d_inner(:) )
2244    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
2245
2246    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
2247                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
2248
2249    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
2250
2251 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.