source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 241

Last change on this file since 241 was 241, checked in by letzel, 14 years ago
  • Option to predefine a target bulk velocity for conserve_volume_flow
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 50.6 KB
Line 
1#if defined( __ibmy_special )
2@PROCESS NOOPTimize
3#endif
4 SUBROUTINE init_3d_model
5
6!------------------------------------------------------------------------------!
7! Actual revisions:
8! -----------------
9! Set the starting level and the vertical smoothing factor used for
10! the external pressure gradient
11! +converve_volume_flow_mode: 'default', 'initial_profiles', 'inflow_profile'
12! and 'bulk_velocity'
13!
14! Former revisions:
15! -----------------
16! $Id: init_3d_model.f90 241 2009-02-19 16:08:56Z letzel $
17!
18! 181 2008-07-30 07:07:47Z raasch
19! bugfix: zero assignments to tendency arrays in case of restarts,
20! further extensions and modifications in the initialisation of the plant
21! canopy model,
22! allocation of hom_sum moved to parin, initialization of spectrum_x|y directly
23! after allocating theses arrays,
24! read data for recycling added as new initialization option,
25! dummy allocation for diss
26!
27! 138 2007-11-28 10:03:58Z letzel
28! New counter ngp_2dh_s_inner.
29! Allow new case bc_uv_t = 'dirichlet_0' for channel flow.
30! Corrected calculation of initial volume flow for 'set_1d-model_profiles' and
31! 'set_constant_profiles' in case of buildings in the reference cross-sections.
32!
33! 108 2007-08-24 15:10:38Z letzel
34! Flux initialization in case of coupled runs, +momentum fluxes at top boundary,
35! +arrays for phase speed c_u, c_v, c_w, indices for u|v|w_m_l|r changed
36! +qswst_remote in case of atmosphere model with humidity coupled to ocean
37! Rayleigh damping for ocean, optionally calculate km and kh from initial
38! TKE e_init
39!
40! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
41! Initialization of salinity, call of init_ocean
42!
43! 87 2007-05-22 15:46:47Z raasch
44! var_hom and var_sum renamed pr_palm
45!
46! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
47! Arrays for radiation boundary conditions are allocated (u_m_l, u_m_r, etc.),
48! bugfix for cases with the outflow damping layer extending over more than one
49! subdomain, moisture renamed humidity,
50! new initializing action "by_user" calls user_init_3d_model,
51! precipitation_amount/rate, ts_value are allocated, +module netcdf_control,
52! initial velocities at nzb+1 are regarded for volume
53! flow control in case they have been set zero before (to avoid small timesteps)
54! -uvmean_outflow, uxrp, vynp eliminated
55!
56! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
57! +handling of top fluxes
58!
59! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
60!
61! Revision 1.49  2006/08/22 15:59:07  raasch
62! No optimization of this file on the ibmy (Yonsei Univ.)
63!
64! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
65! Initial revision
66!
67!
68! Description:
69! ------------
70! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
71! a) pre-run the 1D model
72! or
73! b) pre-set constant linear profiles
74! or
75! c) read values of a previous run
76!------------------------------------------------------------------------------!
77
78    USE arrays_3d
79    USE averaging
80    USE cloud_parameters
81    USE constants
82    USE control_parameters
83    USE cpulog
84    USE indices
85    USE interfaces
86    USE model_1d
87    USE netcdf_control
88    USE particle_attributes
89    USE pegrid
90    USE profil_parameter
91    USE random_function_mod
92    USE statistics
93
94    IMPLICIT NONE
95
96    INTEGER ::  i, ind_array(1), j, k, sr
97
98    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_l, ngp_3d_inner_l
99
100    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l,  &
101         ngp_2dh_s_inner_l
102
103    REAL ::  a, b
104
105    REAL, DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l, volume_flow_initial_l
106
107
108!
109!-- Allocate arrays
110    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
111              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
112              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
113              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
114              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
115              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
116    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt) )
117    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
118              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
119              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
120              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
121              rmask(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,0:statistic_regions),           &
122              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
123              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
124              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
125              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
126              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
127              ts_value(var_ts,0:statistic_regions) )
128    ALLOCATE( km_damp_x(nxl-1:nxr+1), km_damp_y(nys-1:nyn+1) )
129
130    ALLOCATE( rif_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), shf_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
131              ts(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), tswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
132              us(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), usws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
133              uswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                               &
134              vsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                                &
135              vswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), z0(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
136
137    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
138!
139!--    Leapfrog scheme needs two timelevels of diffusion quantities
140       ALLOCATE( rif_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
141                 shf_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
142                 tswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
143                 usws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
144                 uswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
145                 vswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
146                 vsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
147    ENDIF
148
149    ALLOCATE( d(nzb+1:nzta,nys:nyna,nxl:nxra),         &
150              e_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
151              e_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
152              e_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
153              kh_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
154              km_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
155              p(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),    &
156              pt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
157              pt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
158              pt_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
159              tend(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
160              u_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
161              u_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
162              u_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
163              v_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
164              v_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
165              v_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
166              w_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
167              w_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
168              w_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
169
170    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
171       ALLOCATE( kh_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
172                 km_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
173    ENDIF
174
175    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
176!
177!--    2D-humidity/scalar arrays
178       ALLOCATE ( qs(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),     &
179                  qsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
180                  qswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
181
182       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
183          ALLOCATE( qsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
184                    qswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
185       ENDIF
186!
187!--    3D-humidity/scalar arrays
188       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
189                 q_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
190                 q_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
191
192!
193!--    3D-arrays needed for humidity only
194       IF ( humidity )  THEN
195          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
196
197          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
198             ALLOCATE( vpt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
199          ENDIF
200
201          IF ( cloud_physics ) THEN
202!
203!--          Liquid water content
204             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
205!
206!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
207             ALLOCATE( precipitation_amount(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
208                       precipitation_rate(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
209          ENDIF
210
211          IF ( cloud_droplets )  THEN
212!
213!--          Liquid water content, change in liquid water content,
214!--          real volume of particles (with weighting), volume of particles
215             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
216                        ql_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
217                        ql_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
218                        ql_vp(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
219          ENDIF
220
221       ENDIF
222
223    ENDIF
224
225    IF ( ocean )  THEN
226       ALLOCATE( saswsb_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
227                 saswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
228       ALLOCATE( rho_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
229                 sa_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
230                 sa_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
231                 sa_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
232       rho => rho_1  ! routine calc_mean_profile requires density to be a
233                     ! pointer
234       IF ( humidity_remote )  THEN
235          ALLOCATE( qswst_remote(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
236          qswst_remote = 0.0
237       ENDIF
238    ENDIF
239
240!
241!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
242!-- particle velocities
243    IF ( use_sgs_for_particles )  THEN
244       ALLOCATE ( diss(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
245    ELSE
246       ALLOCATE ( diss(2,2,2) )  ! required because diss is used as a
247                                 ! formal parameter
248    ENDIF
249
250    IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
251       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
252                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
253       spectrum_x = 0.0
254       spectrum_y = 0.0
255    ENDIF
256
257!
258!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
259    IF ( plant_canopy ) THEN
260       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
261                  lad_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
262                  lad_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
263                  lad_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
264                  cdc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
265
266       IF ( passive_scalar ) THEN
267          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
268                     sec(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ) 
269       ENDIF
270
271       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
272          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
273                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
274       ENDIF
275
276    ENDIF
277
278!
279!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
280    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
281       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,1:4) )
282       rif_wall = 0.0
283    ENDIF
284
285!
286!-- Velocities at nzb+1 needed for volume flow control
287    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
288       ALLOCATE( u_nzb_p1_for_vfc(nys:nyn), v_nzb_p1_for_vfc(nxl:nxr) )
289       u_nzb_p1_for_vfc = 0.0
290       v_nzb_p1_for_vfc = 0.0
291    ENDIF
292
293!
294!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
295!-- are needed for radiation boundary conditions
296    IF ( outflow_l )  THEN
297       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,1:2), &
298                 v_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1), &
299                 w_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1) )
300    ENDIF
301    IF ( outflow_r )  THEN
302       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
303                 v_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
304                 w_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx) )
305    ENDIF
306    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
307       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), c_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), &
308                 c_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1) )
309    ENDIF
310    IF ( outflow_s )  THEN
311       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1), &
312                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxl-1:nxr+1), &
313                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1) )
314    ENDIF
315    IF ( outflow_n )  THEN
316       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
317                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
318                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1) )
319    ENDIF
320    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
321       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), c_v(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), &
322                 c_w(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1) )
323    ENDIF
324
325!
326!-- Initial assignment of the pointers
327    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
328
329       rif_m   => rif_1;    rif   => rif_2
330       shf_m   => shf_1;    shf   => shf_2
331       tswst_m => tswst_1;  tswst => tswst_2
332       usws_m  => usws_1;   usws  => usws_2
333       uswst_m => uswst_1;  uswst => uswst_2
334       vsws_m  => vsws_1;   vsws  => vsws_2
335       vswst_m => vswst_1;  vswst => vswst_2
336       e_m  => e_1;   e  => e_2;   e_p  => e_3;   te_m  => e_3
337       kh_m => kh_1;  kh => kh_2
338       km_m => km_1;  km => km_2
339       pt_m => pt_1;  pt => pt_2;  pt_p => pt_3;  tpt_m => pt_3
340       u_m  => u_1;   u  => u_2;   u_p  => u_3;   tu_m  => u_3
341       v_m  => v_1;   v  => v_2;   v_p  => v_3;   tv_m  => v_3
342       w_m  => w_1;   w  => w_2;   w_p  => w_3;   tw_m  => w_3
343
344       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
345          qsws_m  => qsws_1;   qsws  => qsws_2
346          qswst_m => qswst_1;  qswst => qswst_2
347          q_m    => q_1;     q    => q_2;     q_p => q_3;     tq_m => q_3
348          IF ( humidity )        vpt_m  => vpt_1;   vpt  => vpt_2
349          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
350          IF ( cloud_droplets )  THEN
351             ql   => ql_1
352             ql_c => ql_2
353          ENDIF
354       ENDIF
355
356    ELSE
357
358       rif   => rif_1
359       shf   => shf_1
360       tswst => tswst_1
361       usws  => usws_1
362       uswst => uswst_1
363       vsws  => vsws_1
364       vswst => vswst_1
365       e     => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3;   e_m  => e_3
366       kh    => kh_1
367       km    => km_1
368       pt    => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3;  pt_m => pt_3
369       u     => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3;   u_m  => u_3
370       v     => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3;   v_m  => v_3
371       w     => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3;   w_m  => w_3
372
373       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
374          qsws   => qsws_1
375          qswst  => qswst_1
376          q      => q_1;     q_p  => q_2;     tq_m  => q_3;    q_m => q_3
377          IF ( humidity )        vpt  => vpt_1
378          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
379          IF ( cloud_droplets )  THEN
380             ql   => ql_1
381             ql_c => ql_2
382          ENDIF
383       ENDIF
384
385       IF ( ocean )  THEN
386          saswsb => saswsb_1
387          saswst => saswst_1
388          sa     => sa_1;    sa_p => sa_2;    tsa_m => sa_3
389       ENDIF
390
391    ENDIF
392
393!
394!-- Initialize model variables
395    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
396         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_data_for_recycling' )  THEN
397!
398!--    First model run of a possible job queue.
399!--    Initial profiles of the variables must be computes.
400       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
401!
402!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
403!--       start 1D model
404          CALL init_1d_model
405!
406!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
407          DO  i = nxl-1, nxr+1
408             DO  j = nys-1, nyn+1
409                e(:,j,i)  = e1d
410                kh(:,j,i) = kh1d
411                km(:,j,i) = km1d
412                pt(:,j,i) = pt_init
413                u(:,j,i)  = u1d
414                v(:,j,i)  = v1d
415             ENDDO
416          ENDDO
417
418          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
419             DO  i = nxl-1, nxr+1
420                DO  j = nys-1, nyn+1
421                   q(:,j,i) = q_init
422                ENDDO
423             ENDDO
424          ENDIF
425
426          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
427             DO  i = nxl-1, nxr+1
428                DO  j = nys-1, nyn+1
429                   e(:,j,i)  = e1d
430                ENDDO
431             ENDDO
432!
433!--          Store initial profiles for output purposes etc.
434             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
435
436             IF ( prandtl_layer )  THEN
437                rif  = rif1d(nzb+1)
438                ts   = 0.0  ! could actually be computed more accurately in the
439                            ! 1D model. Update when opportunity arises.
440                us   = us1d
441                usws = usws1d
442                vsws = vsws1d
443             ELSE
444                ts   = 0.0  ! must be set, because used in
445                rif  = 0.0  ! flowste
446                us   = 0.0
447                usws = 0.0
448                vsws = 0.0
449             ENDIF
450
451          ELSE
452             e    = 0.0  ! must be set, because used in
453             rif  = 0.0  ! flowste
454             ts   = 0.0
455             us   = 0.0
456             usws = 0.0
457             vsws = 0.0
458          ENDIF
459          uswst = top_momentumflux_u
460          vswst = top_momentumflux_v
461
462!
463!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
464!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
465!--       Update when opportunity arises!
466          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  qs = 0.0
467
468!
469!--       inside buildings set velocities back to zero
470          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
471             DO  i = nxl-1, nxr+1
472                DO  j = nys-1, nyn+1
473                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0
474                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0
475                ENDDO
476             ENDDO
477             IF ( conserve_volume_flow )  THEN
478                IF ( nxr == nx )  THEN
479                   DO  j = nys, nyn
480                      DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx)
481                         u_nzb_p1_for_vfc(j) = u1d(k) * dzu(k)
482                      ENDDO
483                   ENDDO
484                ENDIF
485                IF ( nyn == ny )  THEN
486                   DO  i = nxl, nxr
487                      DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i)
488                         v_nzb_p1_for_vfc(i) = v1d(k) * dzu(k)
489                      ENDDO
490                   ENDDO
491                ENDIF
492             ENDIF
493!
494!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
495!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
496!--                   below the topography; need to correct later
497!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
498!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
499!--                     the topography.
500             IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
501!
502!--             Satisfying the Dirichlet condition with an extra layer below
503!--             the surface where the u and v component change their sign.
504                DO  i = nxl-1, nxr+1
505                   DO  j = nys-1, nyn+1
506                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = -u(1,j,i)
507                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = -v(1,j,i)
508                   ENDDO
509                ENDDO
510
511             ELSE
512!
513!--             Neumann condition
514                DO  i = nxl-1, nxr+1
515                   DO  j = nys-1, nyn+1
516                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
517                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
518                   ENDDO
519                ENDDO
520
521             ENDIF
522
523          ENDIF
524
525       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
526       THEN
527!
528!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
529!--       temperature profile with constant gradient)
530          DO  i = nxl-1, nxr+1
531             DO  j = nys-1, nyn+1
532                pt(:,j,i) = pt_init
533                u(:,j,i)  = u_init
534                v(:,j,i)  = v_init
535             ENDDO
536          ENDDO
537
538!
539!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid levels
540!--       to zero in order to avoid too small time steps caused by the diffusion
541!--       limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs in the
542!--       limiting formula!). The original values are stored to be later used for
543!--       volume flow control.
544          DO  i = nxl-1, nxr+1
545             DO  j = nys-1, nyn+1
546                u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
547                v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
548             ENDDO
549          ENDDO
550          IF ( conserve_volume_flow )  THEN
551             IF ( nxr == nx )  THEN
552                DO  j = nys, nyn
553                   DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx) + 1
554                      u_nzb_p1_for_vfc(j) = u_init(k) * dzu(k)
555                   ENDDO
556                ENDDO
557             ENDIF
558             IF ( nyn == ny )  THEN
559                DO  i = nxl, nxr
560                   DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i) + 1
561                      v_nzb_p1_for_vfc(i) = v_init(k) * dzu(k)
562                   ENDDO
563                ENDDO
564             ENDIF
565          ENDIF
566
567          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
568             DO  i = nxl-1, nxr+1
569                DO  j = nys-1, nyn+1
570                   q(:,j,i) = q_init
571                ENDDO
572             ENDDO
573          ENDIF
574
575          IF ( ocean )  THEN
576             DO  i = nxl-1, nxr+1
577                DO  j = nys-1, nyn+1
578                   sa(:,j,i) = sa_init
579                ENDDO
580             ENDDO
581          ENDIF
582         
583          IF ( constant_diffusion )  THEN
584             km   = km_constant
585             kh   = km / prandtl_number
586             e    = 0.0
587          ELSEIF ( e_init > 0.0 )  THEN
588             DO  k = nzb+1, nzt
589                km(k,:,:) = 0.1 * l_grid(k) * SQRT( e_init )
590             ENDDO
591             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
592             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
593             kh   = km / prandtl_number
594             e    = e_init
595          ELSE
596             IF ( .NOT. ocean )  THEN
597                kh   = 0.01   ! there must exist an initial diffusion, because
598                km   = 0.01   ! otherwise no TKE would be produced by the
599                              ! production terms, as long as not yet
600                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
601             ELSE
602                kh   = 0.00001
603                km   = 0.00001
604             ENDIF
605             e    = 0.0
606          ENDIF
607          rif   = 0.0
608          ts    = 0.0
609          us    = 0.0
610          usws  = 0.0
611          uswst = top_momentumflux_u
612          vsws  = 0.0
613          vswst = top_momentumflux_v
614          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0
615
616!
617!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
618!--       of a sloping surface
619          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
620
621       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
622       THEN
623!
624!--       Initialization will completely be done by the user
625          CALL user_init_3d_model
626
627       ENDIF
628
629!
630!--    Apply channel flow boundary condition
631       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
632
633          u(nzt+1,:,:) = 0.0
634          v(nzt+1,:,:) = 0.0
635
636!--       For the Dirichlet condition to be correctly applied at the top, set
637!--       ug and vg to zero there
638          ug(nzt+1)    = 0.0
639          vg(nzt+1)    = 0.0
640
641       ENDIF
642
643!
644!--    Calculate virtual potential temperature
645       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0 + 0.61 * q )
646
647!
648!--    Store initial profiles for output purposes etc.
649       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
650       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
651       IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
652          hom(nzb,1,5,:) = -hom(nzb+1,1,5,:)  ! due to satisfying the Dirichlet
653          hom(nzb,1,6,:) = -hom(nzb+1,1,6,:)  ! condition with an extra layer
654              ! below the surface where the u and v component change their sign
655       ENDIF
656       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
657       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
658       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
659
660       IF ( ocean )  THEN
661!
662!--       Store initial salinity profile
663          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
664       ENDIF
665
666       IF ( humidity )  THEN
667!
668!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
669!--       temperature
670          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
671          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
672          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
673!
674!--          Store initial profile of specific humidity and potential
675!--          temperature
676             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
677             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
678          ENDIF
679       ENDIF
680
681       IF ( passive_scalar )  THEN
682!
683!--       Store initial scalar profile
684          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
685       ENDIF
686
687!
688!--    Initialize fluxes at bottom surface
689       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
690
691          IF ( constant_heatflux )  THEN
692!
693!--          Heat flux is prescribed
694             IF ( random_heatflux )  THEN
695                CALL disturb_heatflux
696             ELSE
697                shf = surface_heatflux
698!
699!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
700                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
701                   DO  i = nxl-1, nxr+1
702                      DO  j = nys-1, nyn+1
703                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
704                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
705                         ENDIF
706                      ENDDO
707                   ENDDO
708                ENDIF
709             ENDIF
710             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = shf
711          ENDIF
712
713!
714!--       Determine the near-surface water flux
715          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
716             IF ( constant_waterflux )  THEN
717                qsws   = surface_waterflux
718                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )  qsws_m = qsws
719             ENDIF
720          ENDIF
721
722       ENDIF
723
724!
725!--    Initialize fluxes at top surface
726!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
727!--    The latent flux is zero in this case!
728       IF ( use_top_fluxes )  THEN
729
730          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
731!
732!--          Heat flux is prescribed
733             tswst = top_heatflux
734             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
735
736             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
737                qswst = 0.0
738                IF ( ASSOCIATED( qswst_m ) )  qswst_m = qswst
739             ENDIF
740
741             IF ( ocean )  THEN
742                saswsb = bottom_salinityflux
743                saswst = top_salinityflux
744             ENDIF
745          ENDIF
746
747!
748!--       Initialization in case of a coupled model run
749          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
750             tswst = 0.0
751             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
752          ENDIF
753
754       ENDIF
755
756!
757!--    Initialize Prandtl layer quantities
758       IF ( prandtl_layer )  THEN
759
760          z0 = roughness_length
761
762          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
763!
764!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
765!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
766!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
767!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
768!--          value in the course of the first few time steps.
769             shf   = 0.0
770             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = 0.0
771          ENDIF
772
773          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
774             IF ( .NOT. constant_waterflux )  THEN
775                qsws   = 0.0
776                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )   qsws_m = 0.0
777             ENDIF
778          ENDIF
779
780       ENDIF
781
782!
783!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
784       IF ( conserve_volume_flow )  THEN
785
786          volume_flow_initial_l = 0.0
787          volume_flow_area_l    = 0.0
788 
789          IF ( nxr == nx )  THEN
790             DO  j = nys, nyn
791                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
792                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
793                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
794                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
795                ENDDO
796!
797!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
798                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
799                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
800             ENDDO
801          ENDIF
802
803          IF ( nyn == ny )  THEN
804             DO  i = nxl, nxr
805                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
806                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
807                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
808                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
809                ENDDO
810!
811!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
812                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
813                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
814             ENDDO
815          ENDIF
816
817#if defined( __parallel )
818          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
819                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
820          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
821                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
822#else
823          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
824          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
825#endif
826!
827!--       In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is overridden
828!--       and calculated from u|v_bulk instead.
829          IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
830             volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
831             volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
832          ENDIF
833
834       ENDIF
835
836!
837!--    For the moment, perturbation pressure and vertical velocity are zero
838       p = 0.0; w = 0.0
839
840!
841!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
842       sums = 0.0
843
844!
845!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
846!--    are zero at beginning of the simulation
847       IF ( cloud_physics )  THEN
848          ql = 0.0
849          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0
850       ENDIF
851
852!
853!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
854       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
855          CALL init_rankine
856       ENDIF
857
858!
859!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
860       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
861          CALL init_pt_anomaly
862       ENDIF
863
864!
865!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
866       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
867          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
868       ENDIF
869
870!
871!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
872!--    run
873       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
874            q_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
875          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
876       ENDIF
877
878!
879!--    Initialize the random number generator (from numerical recipes)
880       CALL random_function_ini
881
882!
883!--    Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
884!--    remove the divergences from the velocity field
885       IF ( create_disturbances )  THEN
886          CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
887          CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
888          n_sor = nsor_ini
889          CALL pres
890          n_sor = nsor
891       ENDIF
892
893!
894!--    Once again set the perturbation pressure explicitly to zero in order to
895!--    assure that it does not generate any divergences in the first time step.
896!--    At t=0 the velocity field is free of divergence (as constructed above).
897!--    Divergences being created during a time step are not yet known and thus
898!--    cannot be corrected during the time step yet.
899       p = 0.0
900
901!
902!--    Initialize old and new time levels.
903       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
904          e_m = e; pt_m = pt; u_m = u; v_m = v; w_m = w; kh_m = kh; km_m = km
905       ELSE
906          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
907       ENDIF
908       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
909
910       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
911          IF ( ASSOCIATED( q_m ) )  q_m = q
912          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  tq_m = 0.0
913          q_p = q
914          IF ( humidity  .AND.  ASSOCIATED( vpt_m ) )  vpt_m = vpt
915       ENDIF
916
917       IF ( ocean )  THEN
918          tsa_m = 0.0
919          sa_p  = sa
920       ENDIF
921
922
923    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
924             TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  &
925    THEN
926!
927!--    When reading data for initializing the recycling method, first read
928!--    some of the global variables from restart file
929       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  THEN
930
931          WRITE (9,*) 'before read_parts_of_var_list'
932          CALL local_flush( 9 )
933          CALL read_parts_of_var_list
934          WRITE (9,*) 'after read_parts_of_var_list'
935          CALL local_flush( 9 )
936          CALL close_file( 13 )
937!
938!--       Store temporally and horizontally averaged vertical profiles to be
939!--       used as mean inflow profiles
940          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
941
942          mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
943          mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
944          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)    ! pt
945          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)    ! e
946
947!
948!--       Use these mean profiles for the inflow (provided that Dirichlet
949!--       conditions are used)
950          IF ( inflow_l )  THEN
951             DO  j = nys-1, nyn+1
952                DO  k = nzb, nzt+1
953                   u(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
954                   v(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
955                   w(k,j,-1)  = 0.0
956                   pt(k,j,-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
957                   e(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
958                ENDDO
959             ENDDO
960          ENDIF
961
962!
963!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
964!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
965!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
966!--       in time.
967          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9 )  THEN
968!
969!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun
970             inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
971
972          ENDIF
973
974          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9 )  THEN
975!
976!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped layer
977             inflow_damping_width = 0.1 * inflow_damping_height
978
979          ENDIF
980
981          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
982
983          DO  k = nzb, nzt+1
984
985             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
986                inflow_damping_factor(k) = 1.0
987             ELSEIF ( zu(k) <= inflow_damping_height + inflow_damping_width ) &
988             THEN
989                inflow_damping_factor(k) = 1.0 -                               &
990                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
991                                           inflow_damping_width
992             ELSE
993                inflow_damping_factor(k) = 0.0
994             ENDIF
995
996          ENDDO
997
998       ENDIF
999
1000!
1001!--    Read binary data from restart file
1002          WRITE (9,*) 'before read_3d_binary'
1003          CALL local_flush( 9 )
1004       CALL read_3d_binary
1005          WRITE (9,*) 'after read_3d_binary'
1006          CALL local_flush( 9 )
1007
1008!
1009!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1010       IF ( conserve_volume_flow  .AND.  &
1011            TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  THEN
1012
1013          volume_flow_initial_l = 0.0
1014          volume_flow_area_l    = 0.0
1015 
1016          IF ( nxr == nx )  THEN
1017             DO  j = nys, nyn
1018                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
1019                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1020                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
1021                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
1022                ENDDO
1023!
1024!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1025                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1026                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
1027             ENDDO
1028          ENDIF
1029
1030          IF ( nyn == ny )  THEN
1031             DO  i = nxl, nxr
1032                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
1033                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1034                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
1035                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
1036                ENDDO
1037!
1038!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1039                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1040                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
1041             ENDDO
1042          ENDIF
1043
1044#if defined( __parallel )
1045          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1046                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1047          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1048                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1049#else
1050          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1051          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1052#endif 
1053       ENDIF
1054
1055
1056!
1057!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1058!--    of a sloping surface
1059       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1060
1061!
1062!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1063!--    including ghost points)
1064       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1065       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  q_p = q
1066       IF ( ocean )  sa_p = sa
1067
1068!
1069!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1070!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1071!--    there before they are set.
1072       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1073          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
1074          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  tq_m = 0.0
1075          IF ( ocean )  tsa_m = 0.0
1076       ENDIF
1077
1078    ELSE
1079!
1080!--    Actually this part of the programm should not be reached
1081       IF ( myid == 0 )  PRINT*,'+++ init_3d_model: unknown initializing ', &
1082                                                    'problem'
1083       CALL local_stop
1084    ENDIF
1085
1086
1087    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1088!
1089!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1090       IF ( outflow_l )  THEN
1091          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1092          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1093          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1094       ENDIF
1095       IF ( outflow_r )  THEN
1096          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1097          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1098          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1099       ENDIF
1100       IF ( outflow_s )  THEN
1101          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1102          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1103          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1104       ENDIF
1105       IF ( outflow_n )  THEN
1106          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1107          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1108          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1109       ENDIF
1110
1111    ENDIF
1112
1113!
1114!-- Initialization of the leaf area density
1115    IF ( plant_canopy ) THEN
1116 
1117       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1118
1119          CASE( 'block' )
1120
1121             DO  i = nxl-1, nxr+1
1122                DO  j = nys-1, nyn+1
1123                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1124                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
1125                   IF ( passive_scalar ) THEN
1126                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1127                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1128                   ENDIF
1129                ENDDO
1130             ENDDO
1131
1132          CASE DEFAULT
1133
1134!
1135!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1136!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1137!--          user has coded a special case in the user interface.
1138!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1139!--          which of these two conditions applies.
1140             CALL user_init_plant_canopy
1141 
1142          END SELECT
1143
1144       CALL exchange_horiz( lad_s )
1145       CALL exchange_horiz( cdc )
1146
1147       IF ( passive_scalar ) THEN
1148          CALL exchange_horiz( sls )
1149          CALL exchange_horiz( sec )
1150       ENDIF
1151
1152!
1153!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1154!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1155!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1156!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1157!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1158
1159       DO  i = nxl, nxr
1160          DO  j = nys, nyn
1161             DO  k = nzb, nzt+1 
1162                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0 ) THEN
1163                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1164                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1165                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1166                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1167                ENDIF
1168             ENDDO
1169             DO  k = nzb, nzt
1170                lad_w(k,j,i) = 0.5 * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
1171             ENDDO
1172          ENDDO
1173       ENDDO
1174
1175       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0
1176       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
1177
1178       CALL exchange_horiz( lad_u )
1179       CALL exchange_horiz( lad_v )
1180       CALL exchange_horiz( lad_w )
1181
1182!
1183!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
1184       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
1185!
1186!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1187!--       integration of the leaf area density
1188          lai(:,:,:) = 0.0
1189          DO  i = nxl-1, nxr+1
1190             DO  j = nys-1, nyn+1
1191                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1192                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
1193                                ( 0.5 * ( lad_w(k+1,j,i) +       &
1194                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1195                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
1196                                ( 0.5 * ( lad_w(k,j,i)   +       &
1197                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1198                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1199                ENDDO
1200             ENDDO
1201          ENDDO
1202
1203!
1204!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1205!--       canopy
1206          DO  i = nxl-1, nxr+1
1207             DO  j = nys-1, nyn+1
1208                DO  k = 0, pch_index
1209                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
1210                                             exp( -0.6 * lai(k,j,i) )
1211                ENDDO
1212             ENDDO
1213          ENDDO
1214
1215!
1216!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1217!--       distribution within the canopy
1218          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1219
1220          IF ( ASSOCIATED( shf_m ) ) shf_m = shf
1221
1222       ENDIF
1223
1224    ENDIF
1225
1226!
1227!-- If required, initialize dvrp-software
1228    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9 )  CALL init_dvrp
1229
1230    IF ( ocean )  THEN
1231!
1232!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1233       CALL init_ocean
1234    ELSE
1235!
1236!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1237!--    This routine must be called before init_particles, because
1238!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1239!--    init_particles) is not defined.
1240       CALL init_cloud_physics
1241    ENDIF
1242
1243!
1244!-- If required, initialize particles
1245    IF ( particle_advection )  CALL init_particles
1246
1247!
1248!-- Initialize quantities for special advections schemes
1249    CALL init_advec
1250
1251!
1252!-- Initialize Rayleigh damping factors
1253    rdf = 0.0
1254    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0 )  THEN
1255       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1256          DO  k = nzb+1, nzt
1257             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1258                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1259                      ( SIN( pi * 0.5 * ( zu(k) - rayleigh_damping_height )    &
1260                                      / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
1261                      )**2
1262             ENDIF
1263          ENDDO
1264       ELSE
1265          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1266             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1267                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1268                      ( SIN( pi * 0.5 * ( rayleigh_damping_height - zu(k) )    &
1269                                      / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
1270                      )**2
1271             ENDIF
1272          ENDDO
1273       ENDIF
1274    ENDIF
1275
1276!
1277!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1278!-- the external pressure gradient
1279    dp_smooth_factor = 1.0
1280    IF ( dp_external )  THEN
1281!
1282!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1283!--    (e.g. in init_grid).
1284       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1285          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1286          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1287                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1288       ENDIF
1289       IF ( dp_smooth )  THEN
1290          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0
1291          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1292             dp_smooth_factor(k) = 0.5 * ( 1.0 + SIN( pi * &
1293                  ( REAL( k - dp_level_ind_b ) /  &
1294                    REAL( nzt - dp_level_ind_b ) - 0.5 ) ) )
1295          ENDDO
1296       ENDIF
1297    ENDIF
1298
1299!
1300!-- Initialize diffusivities used within the outflow damping layer in case of
1301!-- non-cyclic lateral boundaries. A linear increase is assumed over the first
1302!-- half of the width of the damping layer
1303    IF ( bc_lr == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1304
1305       DO  i = nxl-1, nxr+1
1306          IF ( i >= nx - outflow_damping_width )  THEN
1307             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1308                            ( i - ( nx - outflow_damping_width ) ) /   &
1309                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1310                                             )
1311          ELSE
1312             km_damp_x(i) = 0.0
1313          ENDIF
1314       ENDDO
1315
1316    ELSEIF ( bc_lr == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1317
1318       DO  i = nxl-1, nxr+1
1319          IF ( i <= outflow_damping_width )  THEN
1320             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1321                            ( outflow_damping_width - i ) /            &
1322                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1323                                             )
1324          ELSE
1325             km_damp_x(i) = 0.0
1326          ENDIF
1327       ENDDO
1328
1329    ENDIF
1330
1331    IF ( bc_ns == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1332
1333       DO  j = nys-1, nyn+1
1334          IF ( j >= ny - outflow_damping_width )  THEN
1335             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1336                            ( j - ( ny - outflow_damping_width ) ) /   &
1337                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1338                                             )
1339          ELSE
1340             km_damp_y(j) = 0.0
1341          ENDIF
1342       ENDDO
1343
1344    ELSEIF ( bc_ns == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1345
1346       DO  j = nys-1, nyn+1
1347          IF ( j <= outflow_damping_width )  THEN
1348             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1349                            ( outflow_damping_width - j ) /            &
1350                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1351                                             )
1352          ELSE
1353             km_damp_y(j) = 0.0
1354          ENDIF
1355       ENDDO
1356
1357    ENDIF
1358
1359!
1360!-- Initialize local summation arrays for UP flow_statistics. This is necessary
1361!-- because they may not yet have been initialized when they are called from
1362!-- flow_statistics (or - depending on the chosen model run - are never
1363!-- initialized)
1364    sums_divnew_l      = 0.0
1365    sums_divold_l      = 0.0
1366    sums_l_l           = 0.0
1367    sums_up_fraction_l = 0.0
1368    sums_wsts_bc_l     = 0.0
1369
1370!
1371!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1372    rmask = 1.0
1373
1374!
1375!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1376!-- of allowed timeseries is not exceeded
1377    CALL user_init
1378
1379    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1380       IF ( myid == 0 )  THEN
1381          PRINT*, '+++ user_init: number of time series quantities exceeds', &
1382                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max
1383          PRINT*, '    Please increase dots_max in modules.f90.'
1384       ENDIF
1385       CALL local_stop
1386    ENDIF
1387
1388!
1389!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1390!-- after call of user_init!
1391    CALL close_file( 13 )
1392
1393!
1394!-- Compute total sum of active mask grid points
1395!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1396!--          total domain
1397!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1398    ngp_2dh_outer_l   = 0
1399    ngp_2dh_outer     = 0
1400    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1401    ngp_2dh_s_inner   = 0
1402    ngp_2dh_l         = 0
1403    ngp_2dh           = 0
1404    ngp_3d_inner_l    = 0
1405    ngp_3d_inner      = 0
1406    ngp_3d            = 0
1407    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1408
1409    DO  sr = 0, statistic_regions
1410       DO  i = nxl, nxr
1411          DO  j = nys, nyn
1412             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0 )  THEN
1413!
1414!--             All xy-grid points
1415                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1416!
1417!--             xy-grid points above topography
1418                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1419                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1420                ENDDO
1421                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1422                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1423                ENDDO
1424!
1425!--             All grid points of the total domain above topography
1426                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1427                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1428             ENDIF
1429          ENDDO
1430       ENDDO
1431    ENDDO
1432
1433    sr = statistic_regions + 1
1434#if defined( __parallel )
1435    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,  &
1436                        comm2d, ierr )
1437    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr, &
1438                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1439    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),        &
1440                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1441    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner(0), sr, MPI_INTEGER, &
1442                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1443#else
1444    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1445    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1446    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1447    ngp_3d_inner    = ngp_3d_inner_l
1448#endif
1449
1450    ngp_3d = ngp_2dh * ( nz + 2 )
1451
1452!
1453!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1454!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1455!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1456    ngp_2dh_outer = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:) ) 
1457    ngp_3d_inner  = MAX( 1, ngp_3d_inner(:)    )
1458
1459    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l )
1460
1461
1462 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.