source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 2523

Last change on this file since 2523 was 2513, checked in by kanani, 7 years ago

Bugfixes related to profile output of passive scalar

  • Property svn:keywords set to Id
  • Property svn:mergeinfo set to False
    /palm/branches/forwind/SOURCE/init_3d_model.f901564-1913
File size: 84.3 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 2513 2017-10-04 09:24:39Z kanani $
27! Bugfix in storing initial scalar profile (wrong index)
28!
29! 2350 2017-08-15 11:48:26Z kanani
30! Bugfix in nopointer version
31!
32! 2339 2017-08-07 13:55:26Z gronemeier
33! corrected timestamp in header
34!
35! 2338 2017-08-07 12:15:38Z gronemeier
36! Modularize 1D model
37!
38! 2329 2017-08-03 14:24:56Z knoop
39! Removed temporary bugfix (r2327) as bug is properly resolved by this revision
40!
41! 2327 2017-08-02 07:40:57Z maronga
42! Temporary bugfix
43!
44! 2320 2017-07-21 12:47:43Z suehring
45! Modularize large-scale forcing and nudging
46!
47! 2292 2017-06-20 09:51:42Z schwenkel
48! Implementation of new microphysic scheme: cloud_scheme = 'morrison'
49! includes two more prognostic equations for cloud drop concentration (nc) 
50! and cloud water content (qc).
51!
52! 2277 2017-06-12 10:47:51Z kanani
53! Removed unused variable sums_up_fraction_l
54!
55! 2270 2017-06-09 12:18:47Z maronga
56! dots_num must be increased when LSM and/or radiation is used
57!
58! 2259 2017-06-08 09:09:11Z gronemeier
59! Implemented synthetic turbulence generator
60!
61! 2252 2017-06-07 09:35:37Z knoop
62! rho_air now depending on surface_pressure even in Boussinesq mode
63!
64! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
65!
66! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
67! Adjustments to new topography and surface concept:
68!   - Modify passed parameters for disturb_field
69!   - Topography representation via flags
70!   - Remove unused arrays.
71!   - Move initialization of surface-related quantities to surface_mod
72!
73! 2172 2017-03-08 15:55:25Z knoop
74! Bugfix: moved parallel random generator initialization into its module
75!
76! 2118 2017-01-17 16:38:49Z raasch
77! OpenACC directives removed
78!
79! 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop
80! Anelastic approximation implemented
81!
82! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
83! renamed variable rho to rho_ocean
84!
85! 2011 2016-09-19 17:29:57Z kanani
86! Flag urban_surface is now defined in module control_parameters.
87!
88! 2007 2016-08-24 15:47:17Z kanani
89! Added support for urban surface model,
90! adjusted location_message in case of plant_canopy
91!
92! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
93! Forced header and separation lines into 80 columns
94!
95! 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring
96! Initializaton of scalarflux at model top
97! Bugfixes in initialization of surface and top salinity flux, top scalar and
98! humidity fluxes
99!
100! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
101! Separate humidity and passive scalar
102! Increase dimension for mean_inflow_profiles
103! Remove inadvertent write-statement
104! Bugfix, large-scale forcing is still not implemented for passive scalars
105!
106! 1957 2016-07-07 10:43:48Z suehring
107! flight module added
108!
109! 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring
110! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
111! calculation of Obukhov length
112!
113! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
114! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
115! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
116!         routine because otherwise results from pres are overwritten
117!
118! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
119! Added initialization of the wind turbine model
120!
121! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
122! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
123!
124! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
125! Adapted for modularization of microphysics.
126! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
127! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
128! microphysics_init.
129!
130! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
131! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
132!
133! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
134! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
135!
136! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
137! turbulence renamed collision_turbulence
138!
139! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
140! Renamed radiation calls.
141! Renamed canopy model calls.
142!
143! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
144! icloud_scheme replaced by microphysics_*
145!
146! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
147! Renamed lsm calls.
148!
149! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
150! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
151! in r1762)
152!
153! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
154! Added z0q.
155! Syntax layout improved.
156!
157! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
158! netcdf module name changed + related changes
159!
160! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
161! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
162!
163! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
164! Introduction of nested domain feature
165!
166! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
167! calculate mean surface level height for each statistic region
168!
169! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
170! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
171! set zero
172!
173! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
174! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
175! devision by zero in neutral stratification
176!
177! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
178! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
179!
180! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
181! Code annotations made doxygen readable
182!
183! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
184! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
185!
186! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
187! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
188!
189! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
190! adjustments for psolver-queries
191!
192! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
193! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
194! which is part of land_surface_model.
195!
196! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
197! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
198!
199! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
200! Added initialization of the land surface and radiation schemes
201!
202! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
203! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
204! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
205! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
206! call of subroutine init_plant_canopy added.
207!
208! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
209! var_d added, in order to normalize spectra.
210!
211! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
212! Ensemble run capability added to parallel random number generator
213!
214! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
215! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
216! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
217!
218! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
219! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
220! no-slip boundary condition for uv
221!
222! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
223! location messages modified
224!
225! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
226! Parallel random number generator added
227!
228! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
229! location messages added
230!
231! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
232! tend_* removed
233! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
234!
235! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
236! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
237! module
238!
239! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
240! REAL constants provided with KIND-attribute
241!
242! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
243! REAL constants defined as wp-kind
244!
245! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
246! REAL constants defined as wp-kind
247! module interfaces removed
248!
249! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
250! ONLY-attribute added to USE-statements,
251! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
252! kinds are defined in new module kinds,
253! revision history before 2012 removed,
254! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
255! all variable declaration statements
256!
257! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
258! Bugfix: allocation of w_subs
259!
260! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
261! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
262! with large scale forcing data (LSF_DATA)
263!
264! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
265! Overwrite initial profiles in case of nudging
266! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
267!
268! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
269! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
270! copy
271!
272! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
273! array tri is allocated and included in data copy statement
274!
275! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
276! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
277!
278! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
279! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
280!
281! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
282! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
283!
284! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
285! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
286!
287! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
288! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
289! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
290!
291! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
292! unused variables removed
293!
294! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
295! openACC directive modified
296!
297! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
298! openACC directives added for pres
299! array diss allocated only if required
300!
301! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
302! unused variables removed
303!
304! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
305! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
306!
307! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
308! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
309! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
310! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
311! +tend_*, prr
312!
313! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
314! code put under GPL (PALM 3.9)
315!
316! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
317! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
318!
319! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
320! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
321!
322! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
323! mask is set to zero for ghost boundaries
324!
325! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
326! cpp switch __nopointer added for pointer free version
327!
328! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
329! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
330!
331! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
332! all actions concerning leapfrog scheme removed
333!
334! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
335! little reformatting
336!
337! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
338! outflow damping layer removed
339! roughness length for scalar quantites z0h added
340! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
341! boundaries added
342! initialization of ptdf_x, ptdf_y
343! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
344!
345! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
346! init_particles renamed lpm_init
347!
348! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
349! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
350!
351! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
352! Initial revision
353!
354!
355! Description:
356! ------------
357!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
358!> a) pre-run the 1D model
359!> or
360!> b) pre-set constant linear profiles
361!> or
362!> c) read values of a previous run
363!------------------------------------------------------------------------------!
364 SUBROUTINE init_3d_model
365 
366
367    USE advec_ws
368
369    USE arrays_3d
370
371    USE cloud_parameters,                                                      &
372        ONLY:  cp, l_v, r_d
373
374    USE constants,                                                             &
375        ONLY:  pi
376   
377    USE control_parameters
378   
379    USE flight_mod,                                                            &
380        ONLY:  flight_init
381   
382    USE grid_variables,                                                        &
383        ONLY:  dx, dy, ddx2_mg, ddy2_mg
384   
385    USE indices
386
387    USE lpm_init_mod,                                                          &
388        ONLY:  lpm_init
389   
390    USE kinds
391
392    USE land_surface_model_mod,                                                &
393        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays
394 
395    USE lsf_nudging_mod,                                                       &
396        ONLY:  lsf_init, ls_forcing_surf, nudge_init 
397
398    USE microphysics_mod,                                                      &
399        ONLY:  collision_turbulence, microphysics_init
400
401    USE model_1d_mod,                                                          &
402        ONLY:  e1d, init_1d_model, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d,  &
403               v1d, vsws1d 
404
405    USE netcdf_interface,                                                      &
406        ONLY:  dots_max, dots_num
407   
408    USE particle_attributes,                                                   &
409        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
410   
411    USE pegrid
412   
413    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
414        ONLY:  pcm_init, plant_canopy
415
416    USE radiation_model_mod,                                                   &
417        ONLY:  radiation_init, radiation, radiation_scheme
418   
419    USE random_function_mod 
420   
421    USE random_generator_parallel,                                             &
422        ONLY:  init_parallel_random_generator
423   
424    USE statistics,                                                            &
425        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
426               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
427               sums_l_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,                             &
428               weight_pres, weight_substep
429
430    USE synthetic_turbulence_generator_mod,                                    &
431        ONLY:  stg_init, use_synthetic_turbulence_generator
432
433    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
434        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
435
436    USE surface_mod,                                                           &
437        ONLY :  init_surface_arrays, init_surfaces, surf_def_h, surf_lsm_h,    &
438                surf_usm_h
439   
440    USE transpose_indices
441
442    USE urban_surface_mod,                                                     &
443        ONLY:  usm_init_urban_surface
444
445    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
446        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays, wind_turbine
447
448    IMPLICIT NONE
449
450    INTEGER(iwp) ::  i             !<
451    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
452    INTEGER(iwp) ::  j             !<
453    INTEGER(iwp) ::  k             !<
454    INTEGER(iwp) ::  k_surf        !< surface level index
455    INTEGER(iwp) ::  m             !< index of surface element in surface data type
456    INTEGER(iwp) ::  sr            !< index of statistic region
457
458    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
459
460    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
461    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
462
463    REAL(wp)     ::  t_surface !< air temperature at the surface
464
465    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  p_hydrostatic !< hydrostatic pressure
466
467    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
468    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
469    REAL(wp) ::  dx_l !< grid spacing along x on different multigrid level
470    REAL(wp) ::  dy_l !< grid spacing along y on different multigrid level
471
472    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
473    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
474
475    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
476    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
477    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
478
479
480    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
481!
482!-- Allocate arrays
483    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
484              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
485              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
486              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
487              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
488              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
489              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
490              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
491              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
492    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
493    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
494              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
495              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
496              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
497              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
498              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
499              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
500              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
501              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
502              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
503    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
504
505    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
506              kh(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
507              km(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
508              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
509              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
510
511#if defined( __nopointer )
512    ALLOCATE( e(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
513              e_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
514              pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
515              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
516              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
517              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
518              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
519              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
520              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
521              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
522              te_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
523              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
524              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
525              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
526              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
527#else
528    ALLOCATE( e_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
529              e_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
530              e_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
531              pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
532              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
533              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
534              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
535              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
536              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
537              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
538              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
539              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
540              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
541              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
542    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
543       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
544    ENDIF
545#endif
546
547!
548!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
549!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
550!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
551!-- solver.
552    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
553       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
554    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
555!
556!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
557       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
558    ENDIF
559
560!
561!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
562    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
563       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
564       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
565    ENDIF
566
567    IF ( humidity )  THEN
568!
569!--    3D-humidity
570#if defined( __nopointer )
571       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
572                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
573                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
574#else
575       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
576                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
577                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
578#endif
579
580!
581!--    3D-arrays needed for humidity
582       IF ( humidity )  THEN
583#if defined( __nopointer )
584          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
585#else
586          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
587#endif
588
589          IF ( cloud_physics )  THEN
590!
591!--          Liquid water content
592#if defined( __nopointer )
593             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
594#else
595             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
596#endif
597
598!
599!--          3D-cloud water content
600             IF ( .NOT. microphysics_morrison )  THEN
601#if defined( __nopointer )
602                ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
603#else
604                ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
605#endif
606             ENDIF
607!
608!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
609             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
610                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
611
612!
613!--          3d-precipitation rate
614             ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
615
616             IF ( microphysics_morrison )  THEN
617!
618!--             3D-cloud drop water content, cloud drop concentration arrays
619#if defined( __nopointer )
620                ALLOCATE( nc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
621                          nc_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
622                          qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
623                          qc_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
624                          tnc_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             & 
625                          tqc_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
626#else
627                ALLOCATE( nc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
628                          nc_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
629                          nc_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
630                          qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
631                          qc_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
632                          qc_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
633#endif
634             ENDIF
635
636             IF ( microphysics_seifert )  THEN
637!
638!--             3D-rain water content, rain drop concentration arrays
639#if defined( __nopointer )
640                ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
641                          nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
642                          qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
643                          qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
644                          tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
645                          tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
646#else
647                ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
648                          nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
649                          nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
650                          qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
651                          qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
652                          qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
653#endif
654             ENDIF
655
656          ENDIF
657
658          IF ( cloud_droplets )  THEN
659!
660!--          Liquid water content, change in liquid water content
661#if defined( __nopointer )
662             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
663                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
664#else
665             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
666                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
667#endif
668!
669!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
670             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
671                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
672          ENDIF
673
674       ENDIF
675
676    ENDIF
677   
678   
679    IF ( passive_scalar )  THEN
680
681!
682!--    3D scalar arrays
683#if defined( __nopointer )
684       ALLOCATE( s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
685                 s_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
686                 ts_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
687#else
688       ALLOCATE( s_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
689                 s_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
690                 s_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
691#endif
692    ENDIF
693
694    IF ( ocean )  THEN
695#if defined( __nopointer )
696       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
697                 rho_ocean(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
698                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
699                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
700                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
701#else
702       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
703                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
704                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
705                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
706                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
707       prho => prho_1
708       rho_ocean  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
709                      ! density to be apointer
710#endif
711    ENDIF
712
713!
714!-- Allocation of anelastic and Boussinesq approximation specific arrays
715    ALLOCATE( p_hydrostatic(nzb:nzt+1) )
716    ALLOCATE( rho_air(nzb:nzt+1) )
717    ALLOCATE( rho_air_zw(nzb:nzt+1) )
718    ALLOCATE( drho_air(nzb:nzt+1) )
719    ALLOCATE( drho_air_zw(nzb:nzt+1) )
720
721!
722!-- Density profile calculation for anelastic approximation
723    t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**( r_d / cp )
724    IF ( TRIM( approximation ) == 'anelastic' ) THEN
725       DO  k = nzb, nzt+1
726          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
727                                ( 1 - ( g * zu(k) ) / ( cp * t_surface )       &
728                                )**( cp / r_d )
729          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
730                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
731                                  )**( r_d / cp )                              &
732                                ) / ( r_d * pt_init(k) )
733       ENDDO
734       DO  k = nzb, nzt
735          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
736       ENDDO
737       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
738                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
739    ELSE
740       DO  k = nzb, nzt+1
741          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
742                                ( 1 - ( g * zu(nzb) ) / ( cp * t_surface )       &
743                                )**( cp / r_d )
744          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
745                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
746                                  )**( r_d / cp )                              &
747                                ) / ( r_d * pt_init(nzb) )
748       ENDDO
749       DO  k = nzb, nzt
750          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
751       ENDDO
752       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
753                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
754    ENDIF
755
756!-- compute the inverse density array in order to avoid expencive divisions
757    drho_air    = 1.0_wp / rho_air
758    drho_air_zw = 1.0_wp / rho_air_zw
759
760!
761!-- Allocation of flux conversion arrays
762    ALLOCATE( heatflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
763    ALLOCATE( waterflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
764    ALLOCATE( momentumflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
765    ALLOCATE( heatflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
766    ALLOCATE( waterflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
767    ALLOCATE( momentumflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
768
769!
770!-- calculate flux conversion factors according to approximation and in-/output mode
771    DO  k = nzb, nzt+1
772
773        IF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'kinematic' )  THEN
774            heatflux_input_conversion(k)      = rho_air_zw(k)
775            waterflux_input_conversion(k)     = rho_air_zw(k)
776            momentumflux_input_conversion(k)  = rho_air_zw(k)
777        ELSEIF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'dynamic' ) THEN
778            heatflux_input_conversion(k)      = 1.0_wp / cp
779            waterflux_input_conversion(k)     = 1.0_wp / l_v
780            momentumflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
781        ENDIF
782
783        IF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'kinematic' )  THEN
784            heatflux_output_conversion(k)     = drho_air_zw(k)
785            waterflux_output_conversion(k)    = drho_air_zw(k)
786            momentumflux_output_conversion(k) = drho_air_zw(k)
787        ELSEIF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'dynamic' ) THEN
788            heatflux_output_conversion(k)     = cp
789            waterflux_output_conversion(k)    = l_v
790            momentumflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
791        ENDIF
792
793        IF ( .NOT. humidity ) THEN
794            waterflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
795            waterflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
796        ENDIF
797
798    ENDDO
799
800!
801!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
802!-- grid levels with respective density on each grid
803    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
804
805       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level) )
806       ALLOCATE( ddy2_mg(maximum_grid_level) )
807       ALLOCATE( dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
808       ALLOCATE( dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
809       ALLOCATE( f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
810       ALLOCATE( f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
811       ALLOCATE( f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
812       ALLOCATE( rho_air_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
813       ALLOCATE( rho_air_zw_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
814
815       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
816       rho_air_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air
817!       
818!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
819       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
820       rho_air_mg(nzb,maximum_grid_level) = rho_air(nzb) +                     &
821                                             (rho_air(nzb) - rho_air(nzb+1))
822
823       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
824       rho_air_zw_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air_zw
825       nzt_l = nzt
826       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
827           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
828           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
829           rho_air_mg(nzb,l)    = rho_air_mg(nzb,l+1) + (rho_air_mg(nzb,l+1) - rho_air_mg(nzb+1,l+1))
830           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))
831           rho_air_mg(nzb+1,l)    = rho_air_mg(nzb+1,l+1)
832           rho_air_zw_mg(nzb+1,l) = rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1)
833           nzt_l = nzt_l / 2
834           DO  k = 2, nzt_l+1
835              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
836              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
837              rho_air_mg(k,l)    = rho_air_mg(2*k-1,l+1)
838              rho_air_zw_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(2*k-1,l+1)
839           ENDDO
840       ENDDO
841
842       nzt_l = nzt
843       dx_l  = dx
844       dy_l  = dy
845       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
846          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
847          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
848          DO  k = nzb+1, nzt_l
849             f2_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k,l) / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
850             f3_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k-1,l) / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
851             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) &
852                          * rho_air_mg(k,l) + f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
853          ENDDO
854          nzt_l = nzt_l / 2
855          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
856          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
857       ENDDO
858
859    ENDIF
860
861!
862!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
863!-- particle velocities
864    IF ( use_sgs_for_particles  .OR.  wang_kernel  .OR.  collision_turbulence )&
865    THEN
866       ALLOCATE( diss(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
867    ENDIF
868
869!
870!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
871    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
872       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
873       w_subs = 0.0_wp
874    ENDIF
875
876!
877!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
878!-- are needed for radiation boundary conditions
879    IF ( outflow_l )  THEN
880       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
881                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
882                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
883    ENDIF
884    IF ( outflow_r )  THEN
885       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
886                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
887                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
888    ENDIF
889    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
890       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
891                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
892    ENDIF
893    IF ( outflow_s )  THEN
894       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
895                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
896                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
897    ENDIF
898    IF ( outflow_n )  THEN
899       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
900                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
901                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
902    ENDIF
903    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
904       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
905                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
906    ENDIF
907    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
908       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
909       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
910    ENDIF
911
912
913#if ! defined( __nopointer )
914!
915!-- Initial assignment of the pointers
916    e  => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3
917    IF ( .NOT. neutral )  THEN
918       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
919    ELSE
920       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
921    ENDIF
922    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
923    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
924    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
925
926    IF ( humidity )  THEN
927       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
928       IF ( humidity )  THEN
929          vpt  => vpt_1   
930          IF ( cloud_physics )  THEN
931             ql => ql_1
932             IF ( .NOT. microphysics_morrison )  THEN
933                qc => qc_1
934             ENDIF
935             IF ( microphysics_morrison )  THEN
936                qc => qc_1;  qc_p  => qc_2;  tqc_m  => qc_3
937                nc => nc_1;  nc_p  => nc_2;  tnc_m  => nc_3
938             ENDIF
939             IF ( microphysics_seifert )  THEN
940                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
941                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
942             ENDIF
943          ENDIF
944       ENDIF
945       IF ( cloud_droplets )  THEN
946          ql   => ql_1
947          ql_c => ql_2
948       ENDIF
949    ENDIF
950   
951    IF ( passive_scalar )  THEN
952       s => s_1;  s_p => s_2;  ts_m => s_3
953    ENDIF   
954
955    IF ( ocean )  THEN
956       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
957    ENDIF
958#endif
959!
960!-- Initialize wall arrays
961    CALL init_surface_arrays
962!
963!-- Allocate land surface model arrays
964    IF ( land_surface )  THEN
965       CALL lsm_init_arrays
966    ENDIF
967
968!
969!-- Allocate wind turbine model arrays
970    IF ( wind_turbine )  THEN
971       CALL wtm_init_arrays
972    ENDIF
973   
974!
975!-- Initialize virtual flight measurements
976    IF ( virtual_flight )  THEN
977       CALL flight_init
978    ENDIF
979
980!
981!-- Initialize nudging if required
982    IF ( nudging )  THEN
983       CALL nudge_init
984    ENDIF
985
986!
987!-- Initialize reading of large scale forcing from external file - if required
988    IF ( large_scale_forcing )  THEN
989       CALL lsf_init
990    ENDIF
991
992!
993!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
994!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
995!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
996!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
997!-- will be set.
998    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
999              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
1000    weight_substep = 1.0_wp
1001    weight_pres    = 1.0_wp
1002    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
1003       
1004    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1005
1006!
1007!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1008!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1009!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1010!-- are never initialized)
1011    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1012    sums_divold_l      = 0.0_wp
1013    sums_l_l           = 0.0_wp
1014    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
1015
1016!
1017!-- Initialize model variables
1018    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1019         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1020!
1021!--    First model run of a possible job queue.
1022!--    Initial profiles of the variables must be computes.
1023       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
1024
1025          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
1026!
1027!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
1028!--       start 1D model
1029          CALL init_1d_model
1030!
1031!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
1032          DO  i = nxlg, nxrg
1033             DO  j = nysg, nyng
1034                e(:,j,i)  = e1d
1035                kh(:,j,i) = kh1d
1036                km(:,j,i) = km1d
1037                pt(:,j,i) = pt_init
1038                u(:,j,i)  = u1d
1039                v(:,j,i)  = v1d
1040             ENDDO
1041          ENDDO
1042
1043          IF ( humidity )  THEN
1044             DO  i = nxlg, nxrg
1045                DO  j = nysg, nyng
1046                   q(:,j,i) = q_init
1047                ENDDO
1048             ENDDO
1049             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1050                DO  i = nxlg, nxrg
1051                   DO  j = nysg, nyng
1052                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1053                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1054                   ENDDO
1055                ENDDO
1056             ENDIF
1057             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1058                DO  i = nxlg, nxrg
1059                   DO  j = nysg, nyng
1060                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1061                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
1062                   ENDDO
1063                ENDDO
1064             ENDIF
1065          ENDIF
1066
1067          IF ( passive_scalar )  THEN
1068             DO  i = nxlg, nxrg
1069                DO  j = nysg, nyng
1070                   s(:,j,i) = s_init
1071                ENDDO
1072             ENDDO   
1073          ENDIF
1074
1075          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1076             DO  i = nxlg, nxrg
1077                DO  j = nysg, nyng
1078                   e(:,j,i)  = e1d
1079                ENDDO
1080             ENDDO
1081!
1082!--          Store initial profiles for output purposes etc.
1083             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
1084
1085          ELSE
1086             e    = 0.0_wp  ! must be set, because used in
1087          ENDIF
1088!
1089!--       Inside buildings set velocities back to zero
1090          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
1091             DO  i = nxlg, nxrg
1092                DO  j = nysg, nyng
1093                   DO  k = nzb, nzt
1094                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1095                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1096                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1097                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1098                   ENDDO
1099                ENDDO
1100             ENDDO
1101             
1102!
1103!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
1104!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
1105!--                   below the topography; need to correct later
1106!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
1107!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
1108!--                     the topography.
1109             IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
1110!
1111!--             Neumann condition
1112                DO  i = nxl-1, nxr+1
1113                   DO  j = nys-1, nyn+1
1114                      u(nzb,j,i) = u(nzb+1,j,i)
1115                      v(nzb,j,i) = v(nzb+1,j,i)
1116                   ENDDO
1117                ENDDO
1118
1119             ENDIF
1120
1121          ENDIF
1122
1123          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1124
1125       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
1126       THEN
1127
1128          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
1129!
1130!--       Overwrite initial profiles in case of synthetic turbulence generator
1131          IF( use_synthetic_turbulence_generator ) THEN
1132             CALL stg_init
1133          ENDIF
1134
1135!
1136!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
1137!--       temperature profile with constant gradient)
1138          DO  i = nxlg, nxrg
1139             DO  j = nysg, nyng
1140                pt(:,j,i) = pt_init
1141                u(:,j,i)  = u_init
1142                v(:,j,i)  = v_init
1143             ENDDO
1144          ENDDO
1145
1146!
1147!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
1148!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
1149!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
1150!--       in the limiting formula!).
1151          IF ( ibc_uv_b /= 1 )  THEN
1152             DO  i = nxlg, nxrg
1153                DO  j = nysg, nyng
1154                   DO  k = nzb, nzt
1155                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1156                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 20 ) )
1157                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1158                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 21 ) )
1159                   ENDDO
1160                ENDDO
1161             ENDDO
1162          ENDIF
1163
1164          IF ( humidity )  THEN
1165             DO  i = nxlg, nxrg
1166                DO  j = nysg, nyng
1167                   q(:,j,i) = q_init
1168                ENDDO
1169             ENDDO
1170             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1171                DO  i = nxlg, nxrg
1172                   DO  j = nysg, nyng
1173                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1174                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1175                   ENDDO
1176                ENDDO
1177             ENDIF
1178
1179             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1180                DO  i = nxlg, nxrg
1181                   DO  j = nysg, nyng
1182                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1183                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
1184                   ENDDO
1185                ENDDO
1186             ENDIF
1187
1188          ENDIF
1189         
1190          IF ( passive_scalar )  THEN
1191             DO  i = nxlg, nxrg
1192                DO  j = nysg, nyng
1193                   s(:,j,i) = s_init
1194                ENDDO
1195             ENDDO
1196          ENDIF
1197
1198          IF ( ocean )  THEN
1199             DO  i = nxlg, nxrg
1200                DO  j = nysg, nyng
1201                   sa(:,j,i) = sa_init
1202                ENDDO
1203             ENDDO
1204          ENDIF
1205         
1206          IF ( constant_diffusion )  THEN
1207             km   = km_constant
1208             kh   = km / prandtl_number
1209             e    = 0.0_wp
1210          ELSEIF ( e_init > 0.0_wp )  THEN
1211             DO  k = nzb+1, nzt
1212                km(k,:,:) = 0.1_wp * l_grid(k) * SQRT( e_init )
1213             ENDDO
1214             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
1215             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
1216             kh   = km / prandtl_number
1217             e    = e_init
1218          ELSE
1219             IF ( .NOT. ocean )  THEN
1220                kh   = 0.01_wp   ! there must exist an initial diffusion, because
1221                km   = 0.01_wp   ! otherwise no TKE would be produced by the
1222                              ! production terms, as long as not yet
1223                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
1224             ELSE
1225                kh   = 0.00001_wp
1226                km   = 0.00001_wp
1227             ENDIF
1228             e    = 0.0_wp
1229          ENDIF
1230!
1231!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
1232!--       of a sloping surface
1233          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1234
1235          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1236
1237       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
1238       THEN
1239
1240          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
1241!
1242!--       Initialization will completely be done by the user
1243          CALL user_init_3d_model
1244
1245          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1246
1247       ENDIF
1248
1249       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
1250                              .FALSE. )
1251
1252!
1253!--    Bottom boundary
1254       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
1255          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
1256          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
1257       ENDIF
1258
1259!
1260!--    Apply channel flow boundary condition
1261       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
1262          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1263          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1264       ENDIF
1265
1266!
1267!--    Calculate virtual potential temperature
1268       IF ( humidity )  vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
1269
1270!
1271!--    Store initial profiles for output purposes etc.
1272       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1273       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1274       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
1275          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1276          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
1277       ENDIF
1278       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1279       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1280       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1281
1282       IF ( ocean )  THEN
1283!
1284!--       Store initial salinity profile
1285          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1286       ENDIF
1287
1288       IF ( humidity )  THEN
1289!
1290!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1291!--       temperature
1292          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1293          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1294          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1295!
1296!--          Store initial profile of specific humidity and potential
1297!--          temperature
1298             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1299             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1300          ENDIF
1301       ENDIF
1302
1303       IF ( passive_scalar )  THEN
1304!
1305!--       Store initial scalar profile
1306          hom(:,1,121,:) = SPREAD(  s(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1307       ENDIF
1308
1309!
1310!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1311       CALL random_function_ini
1312       
1313       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
1314          CALL init_parallel_random_generator(nx, ny, nys, nyn, nxl, nxr)
1315       ENDIF
1316!
1317!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1318!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1319       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1320          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1321             ref_state(:) = pt_reference
1322          ELSE
1323             ref_state(:) = vpt_reference
1324          ENDIF
1325       ELSE
1326          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1327             ref_state(:) = pt_init(:)
1328          ELSE
1329             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1330          ENDIF
1331       ENDIF
1332
1333!
1334!--    For the moment, vertical velocity is zero
1335       w = 0.0_wp
1336
1337!
1338!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1339       sums = 0.0_wp
1340
1341!
1342!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1343       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
1344
1345!
1346!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1347!--    are zero at beginning of the simulation
1348       IF ( cloud_physics )  THEN
1349          ql = 0.0_wp
1350          qc = 0.0_wp
1351
1352          precipitation_amount = 0.0_wp
1353       ENDIF
1354!
1355!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1356       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1357          CALL init_rankine
1358       ENDIF
1359
1360!
1361!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1362       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1363          CALL init_pt_anomaly
1364       ENDIF
1365
1366!
1367!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1368       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1369          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1370       ENDIF
1371
1372!
1373!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1374!--    run
1375       IF ( humidity  .AND.  q_surface_initial_change /= 0.0_wp )              &
1376          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1377         
1378       IF ( passive_scalar .AND.  s_surface_initial_change /= 0.0_wp )         &
1379          s(nzb,:,:) = s(nzb,:,:) + s_surface_initial_change
1380       
1381
1382!
1383!--    Initialize old and new time levels.
1384       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
1385       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1386
1387       IF ( humidity  )  THEN
1388          tq_m = 0.0_wp
1389          q_p = q
1390          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1391             tqc_m = 0.0_wp
1392             qc_p  = qc
1393             tnc_m = 0.0_wp
1394             nc_p  = nc
1395          ENDIF
1396          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1397             tqr_m = 0.0_wp
1398             qr_p  = qr
1399             tnr_m = 0.0_wp
1400             nr_p  = nr
1401          ENDIF
1402       ENDIF
1403       
1404       IF ( passive_scalar )  THEN
1405          ts_m = 0.0_wp
1406          s_p  = s
1407       ENDIF       
1408
1409       IF ( ocean )  THEN
1410          tsa_m = 0.0_wp
1411          sa_p  = sa
1412       ENDIF
1413       
1414       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1415
1416    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1417             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                   &
1418    THEN
1419
1420       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1421                              .FALSE. )
1422!
1423!--    Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1424!--    momentumfluxes, roughness, scaling parameters. As number of surface
1425!--    elements might be different between runs, e.g. in case of cyclic fill,
1426!--    and not all surface elements are read, surface elements need to be
1427!--    initialized before.     
1428       CALL init_surfaces
1429!
1430!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1431!--    some of the global variables from the restart file which are required
1432!--    for initializing the inflow
1433       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1434
1435          DO  i = 0, io_blocks-1
1436             IF ( i == io_group )  THEN
1437                CALL read_parts_of_var_list
1438                CALL close_file( 13 )
1439             ENDIF
1440#if defined( __parallel )
1441             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1442#endif
1443          ENDDO
1444
1445       ENDIF
1446
1447!
1448!--    Read binary data from restart file
1449       DO  i = 0, io_blocks-1
1450          IF ( i == io_group )  THEN
1451             CALL read_3d_binary
1452          ENDIF
1453#if defined( __parallel )
1454          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1455#endif
1456       ENDDO
1457
1458!
1459!--    Initialization of the turbulence recycling method
1460       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
1461            turbulent_inflow )  THEN
1462!
1463!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1464!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1465!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1466!--       for u,v-components can be used.
1467          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,7) )
1468
1469          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1470             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1471             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1472          ELSE
1473             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1474             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1475          ENDIF
1476          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1477          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)       ! e
1478          IF ( humidity )                                                      &
1479             mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)   ! q
1480          IF ( passive_scalar )                                                &
1481             mean_inflow_profiles(:,7) = hom_sum(:,115,0)   ! s
1482
1483!
1484!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1485!--       profiles
1486          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1487             DO  i = nxlg, nxrg
1488                DO  j = nysg, nyng
1489                   DO  k = nzb, nzt+1
1490                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1491                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1492                   ENDDO
1493                ENDDO
1494             ENDDO
1495          ENDIF
1496
1497!
1498!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1499!--       conditions are used)
1500          IF ( inflow_l )  THEN
1501             DO  j = nysg, nyng
1502                DO  k = nzb, nzt+1
1503                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1504                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1505                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
1506                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1507                   e(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
1508                   IF ( humidity )                                             &
1509                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
1510                   IF ( passive_scalar )                                       &
1511                      s(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7)                     
1512                ENDDO
1513             ENDDO
1514          ENDIF
1515
1516!
1517!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1518!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1519!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1520!--       in time.
1521          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
1522!
1523!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1524!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1525!--          specified.
1526             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
1527                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1528             ELSE
1529                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1530                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
1531                     'calculated by the prerun is zero.'
1532                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1533             ENDIF
1534
1535          ENDIF
1536
1537          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
1538!
1539!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1540!--          layer
1541             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
1542
1543          ENDIF
1544
1545          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1546
1547          DO  k = nzb, nzt+1
1548
1549             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1550                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
1551             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1552                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
1553                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1554                                           inflow_damping_width
1555             ELSE
1556                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
1557             ENDIF
1558
1559          ENDDO
1560
1561       ENDIF
1562
1563!
1564!--    Inside buildings set velocities and TKE back to zero
1565       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
1566            topography /= 'flat' )  THEN
1567!
1568!--       Inside buildings set velocities and TKE back to zero.
1569!--       Other scalars (pt, q, s, km, kh, p, sa, ...) are ignored at present,
1570!--       maybe revise later.
1571          DO  i = nxlg, nxrg
1572             DO  j = nysg, nyng
1573                DO  k = nzb, nzt
1574                   u(k,j,i)     = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1575                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1576                   v(k,j,i)     = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1577                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1578                   w(k,j,i)     = MERGE( w(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1579                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1580                   e(k,j,i)     = MERGE( e(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1581                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1582                   tu_m(k,j,i)  = MERGE( tu_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1583                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1584                   tv_m(k,j,i)  = MERGE( tv_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1585                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1586                   tw_m(k,j,i)  = MERGE( tw_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1587                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1588                   te_m(k,j,i)  = MERGE( te_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1589                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1590                   tpt_m(k,j,i) = MERGE( tpt_m(k,j,i), 0.0_wp,                 &
1591                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1592                ENDDO
1593             ENDDO
1594          ENDDO
1595
1596       ENDIF
1597
1598!
1599!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1600!--    of a sloping surface
1601       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1602
1603!
1604!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1605!--    including ghost points)
1606       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1607       IF ( humidity )  THEN
1608          q_p = q
1609          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1610             qc_p = qc
1611             nc_p = nc
1612          ENDIF
1613          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1614             qr_p = qr
1615             nr_p = nr
1616          ENDIF
1617       ENDIF
1618       IF ( passive_scalar )  s_p  = s
1619       IF ( ocean          )  sa_p = sa
1620
1621!
1622!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1623!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1624!--    there before they are set.
1625       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
1626       IF ( humidity )  THEN
1627          tq_m = 0.0_wp
1628          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1629             tqc_m = 0.0_wp
1630             tnc_m = 0.0_wp
1631          ENDIF
1632          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1633             tqr_m = 0.0_wp
1634             tnr_m = 0.0_wp
1635          ENDIF
1636       ENDIF
1637       IF ( passive_scalar )  ts_m  = 0.0_wp
1638       IF ( ocean          )  tsa_m = 0.0_wp
1639!
1640!--    Initialize synthetic turbulence generator in case of restart.
1641       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .AND.         &
1642            use_synthetic_turbulence_generator )  CALL stg_init
1643
1644       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1645
1646    ELSE
1647!
1648!--    Actually this part of the programm should not be reached
1649       message_string = 'unknown initializing problem'
1650       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1651    ENDIF
1652
1653
1654    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1655!
1656!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1657       IF ( outflow_l )  THEN
1658          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1659          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1660          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1661       ENDIF
1662       IF ( outflow_r )  THEN
1663          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1664          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1665          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1666       ENDIF
1667       IF ( outflow_s )  THEN
1668          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1669          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1670          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1671       ENDIF
1672       IF ( outflow_n )  THEN
1673          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1674          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1675          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1676       ENDIF
1677       
1678    ENDIF
1679
1680!
1681!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1682    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1683
1684       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1685
1686          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1687          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1688
1689          IF ( nxr == nx )  THEN
1690             DO  j = nys, nyn
1691                DO  k = nzb+1, nzt
1692                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1693                                              u_init(k) * dzw(k)               &
1694                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1695                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1696                                            )
1697
1698                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1699                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1700                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1701                                            )
1702                ENDDO
1703             ENDDO
1704          ENDIF
1705         
1706          IF ( nyn == ny )  THEN
1707             DO  i = nxl, nxr
1708                DO  k = nzb+1, nzt
1709                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1710                                              v_init(k) * dzw(k)               &       
1711                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1712                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1713                                            )
1714                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1715                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1716                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1717                                            )
1718                ENDDO
1719             ENDDO
1720          ENDIF
1721
1722#if defined( __parallel )
1723          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1724                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1725          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1726                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1727
1728#else
1729          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1730          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1731#endif 
1732
1733       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1734
1735          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1736          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1737
1738          IF ( nxr == nx )  THEN
1739             DO  j = nys, nyn
1740                DO  k = nzb+1, nzt
1741                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1742                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)          &
1743                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1744                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1745                                            )
1746                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1747                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1748                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1749                                            )
1750                ENDDO
1751             ENDDO
1752          ENDIF
1753         
1754          IF ( nyn == ny )  THEN
1755             DO  i = nxl, nxr
1756                DO  k = nzb+1, nzt
1757                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1758                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)          &       
1759                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1760                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1761                                            )
1762                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1763                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1764                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1765                                            )
1766                ENDDO
1767             ENDDO
1768          ENDIF
1769
1770#if defined( __parallel )
1771          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1772                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1773          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1774                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1775
1776#else
1777          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1778          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1779#endif 
1780
1781       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1782
1783          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1784          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1785
1786          IF ( nxr == nx )  THEN
1787             DO  j = nys, nyn
1788                DO  k = nzb+1, nzt
1789                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1790                                              u(k,j,nx) * dzw(k)               &
1791                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1792                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1793                                            )
1794                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1795                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1796                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1797                                            )
1798                ENDDO
1799             ENDDO
1800          ENDIF
1801         
1802          IF ( nyn == ny )  THEN
1803             DO  i = nxl, nxr
1804                DO  k = nzb+1, nzt
1805                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1806                                              v(k,ny,i) * dzw(k)               &       
1807                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1808                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1809                                            )
1810                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1811                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1812                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1813                                            )
1814                ENDDO
1815             ENDDO
1816          ENDIF
1817
1818#if defined( __parallel )
1819          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1820                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1821          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1822                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1823
1824#else
1825          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1826          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1827#endif 
1828
1829       ENDIF
1830
1831!
1832!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1833!--    from u|v_bulk instead
1834       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1835          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1836          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1837       ENDIF
1838
1839    ENDIF
1840!
1841!-- Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1842!-- momentumfluxes, roughness, scaling parameters.
1843!-- This is already done in case of restart data. 
1844    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1845         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1846       CALL init_surfaces
1847!
1848!--    Finally, if random_heatflux is set, disturb shf at horizontal
1849!--    surfaces. Actually, this should be done in surface_mod, where all other
1850!--    initializations of surface quantities are done. However, this
1851!--    would create a ring dependency, hence, it is done here. Maybe delete
1852!--    disturb_heatflux and tranfer the respective code directly into the
1853!--    initialization in surface_mod.         
1854       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux  .AND.                &
1855            random_heatflux )  THEN
1856          IF ( surf_def_h(0)%ns >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_def_h(0) )
1857          IF ( surf_lsm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_lsm_h    )
1858          IF ( surf_usm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_usm_h    )
1859       ENDIF
1860    ENDIF
1861
1862!
1863!-- Initialize surface forcing corresponding to large-scale forcing. Therein,
1864!-- initialize heat-fluxes, etc. via datatype. Revise it later!
1865    IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
1866       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux )  THEN
1867          CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
1868       ENDIF
1869    ENDIF
1870!
1871!-- Initialize quantities for special advections schemes
1872    CALL init_advec
1873
1874!
1875!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
1876!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
1877    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
1878         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1879         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1880
1881       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
1882       CALL disturb_field( 'u', tend, u )
1883       CALL disturb_field( 'v', tend, v )
1884       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1885
1886       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
1887       n_sor = nsor_ini
1888       CALL pres
1889       n_sor = nsor
1890       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1891
1892    ENDIF
1893
1894!
1895!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
1896    IF ( plant_canopy )  THEN
1897       CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )   
1898       CALL pcm_init
1899       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1900    ENDIF
1901
1902!
1903!-- If required, initialize dvrp-software
1904    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
1905
1906    IF ( ocean )  THEN
1907!
1908!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1909       CALL init_ocean
1910
1911    ELSE
1912!
1913!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1914!--    This routine must be called before lpm_init, because
1915!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1916!--    lpm_init) is not defined.
1917       CALL init_cloud_physics
1918!
1919!--    Initialize bulk cloud microphysics
1920       CALL microphysics_init
1921    ENDIF
1922
1923!
1924!-- If required, initialize particles
1925    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
1926
1927!
1928!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
1929    IF ( land_surface )  THEN
1930       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
1931       CALL lsm_init
1932       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1933    ENDIF
1934
1935!
1936!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
1937!-- for initialization
1938    IF ( constant_flux_layer )  THEN
1939       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
1940       CALL init_surface_layer_fluxes
1941       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1942    ENDIF
1943
1944!
1945!-- If required, initialize radiation model
1946    IF ( radiation )  THEN
1947       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
1948       CALL radiation_init
1949       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1950    ENDIF
1951
1952   
1953!
1954!-- Temporary solution to add LSM and radiation time series to the default
1955!-- output
1956    IF ( land_surface  .OR.  radiation )  THEN
1957       IF ( TRIM( radiation_scheme ) == 'rrtmg' )  THEN
1958          dots_num = dots_num + 15
1959       ELSE
1960          dots_num = dots_num + 11
1961       ENDIF
1962    ENDIF
1963   
1964!
1965!-- If required, initialize urban surface model
1966    IF ( urban_surface )  THEN
1967       CALL location_message( 'initializing urban surface model', .FALSE. )
1968       CALL usm_init_urban_surface
1969       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1970    ENDIF
1971
1972!
1973!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
1974    IF ( wind_turbine )  THEN
1975       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
1976       CALL wtm_init
1977       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1978    ENDIF
1979
1980
1981!
1982!-- Initialize the ws-scheme.   
1983    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
1984
1985!
1986!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
1987!-- and turbulent quantities from the RK substeps
1988    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
1989
1990       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
1991       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
1992       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
1993
1994       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
1995       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
1996       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
1997
1998    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
1999
2000       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
2001       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
2002         
2003       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
2004       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
2005
2006    ELSE                                     ! for Euler-method
2007
2008       weight_substep(1) = 1.0_wp     
2009       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
2010
2011    ENDIF
2012
2013!
2014!-- Initialize Rayleigh damping factors
2015    rdf    = 0.0_wp
2016    rdf_sc = 0.0_wp
2017    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
2018       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
2019          DO  k = nzb+1, nzt
2020             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
2021                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2022                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
2023                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
2024                      )**2
2025             ENDIF
2026          ENDDO
2027       ELSE
2028          DO  k = nzt, nzb+1, -1
2029             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
2030                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2031                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
2032                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
2033                      )**2
2034             ENDIF
2035          ENDDO
2036       ENDIF
2037    ENDIF
2038    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
2039
2040!
2041!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
2042!-- the external pressure gradient
2043    dp_smooth_factor = 1.0_wp
2044    IF ( dp_external )  THEN
2045!
2046!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
2047!--    (e.g. in init_grid).
2048       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
2049          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
2050          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
2051                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
2052       ENDIF
2053       IF ( dp_smooth )  THEN
2054          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
2055          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
2056             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
2057                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
2058                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
2059          ENDDO
2060       ENDIF
2061    ENDIF
2062
2063!
2064!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
2065!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
2066!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
2067    ptdf_x = 0.0_wp
2068    ptdf_y = 0.0_wp
2069    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
2070       DO  i = nxl, nxr
2071          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
2072             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
2073                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
2074                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
2075          ENDIF
2076       ENDDO
2077    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
2078       DO  i = nxl, nxr
2079          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
2080             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
2081                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2082                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
2083                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2084          ENDIF
2085       ENDDO 
2086    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
2087       DO  j = nys, nyn
2088          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
2089             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2090                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2091                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
2092                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2093          ENDIF
2094       ENDDO 
2095    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
2096       DO  j = nys, nyn
2097          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
2098             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2099                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2100                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
2101                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2102          ENDIF
2103       ENDDO
2104    ENDIF
2105
2106!
2107!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
2108!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
2109!-- would bias the statistics
2110    rmask = 1.0_wp
2111    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
2112    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
2113
2114!
2115!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
2116!-- of allowed timeseries is exceeded
2117    CALL user_init
2118
2119    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
2120       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
2121                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
2122                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
2123       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
2124    ENDIF
2125
2126!
2127!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
2128!-- after call of user_init!
2129    CALL close_file( 13 )
2130
2131!
2132!-- Compute total sum of active mask grid points
2133!-- and the mean surface level height for each statistic region
2134!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
2135!--          total domain
2136!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
2137    ngp_2dh_outer_l   = 0
2138    ngp_2dh_outer     = 0
2139    ngp_2dh_s_inner_l = 0
2140    ngp_2dh_s_inner   = 0
2141    ngp_2dh_l         = 0
2142    ngp_2dh           = 0
2143    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
2144    ngp_3d_inner      = 0
2145    ngp_3d            = 0
2146    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
2147
2148    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
2149    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
2150
2151!
2152!-- To do: New concept for these non-topography grid points!
2153    DO  sr = 0, statistic_regions
2154       DO  i = nxl, nxr
2155          DO  j = nys, nyn
2156             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
2157!
2158!--             All xy-grid points
2159                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
2160!
2161!--             Determine mean surface-level height. In case of downward-
2162!--             facing walls are present, more than one surface level exist.
2163!--             In this case, use the lowest surface-level height.
2164                IF ( surf_def_h(0)%start_index(j,i) <=                         &
2165                     surf_def_h(0)%end_index(j,i) )  THEN
2166                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
2167                   k = surf_def_h(0)%k(m)
2168                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2169                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2170                ENDIF
2171                IF ( surf_lsm_h%start_index(j,i) <=                            &
2172                     surf_lsm_h%end_index(j,i) )  THEN
2173                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
2174                   k = surf_lsm_h%k(m)
2175                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2176                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2177                ENDIF
2178                IF ( surf_usm_h%start_index(j,i) <=                            &
2179                     surf_usm_h%end_index(j,i) )  THEN
2180                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
2181                   k = surf_usm_h%k(m)
2182                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2183                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2184                ENDIF
2185
2186                k_surf = k - 1
2187
2188                DO  k = nzb, nzt+1
2189!
2190!--                xy-grid points above topography
2191                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr)     +         &
2192                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 24 ) )
2193
2194                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) +         &
2195                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 22 ) )
2196
2197                ENDDO
2198!
2199!--             All grid points of the total domain above topography
2200                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + ( nz - k_surf + 2 )
2201
2202
2203
2204             ENDIF
2205          ENDDO
2206       ENDDO
2207    ENDDO
2208
2209    sr = statistic_regions + 1
2210#if defined( __parallel )
2211    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2212    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
2213                        comm2d, ierr )
2214    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2215    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
2216                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2217    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2218    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
2219                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2220    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2221    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
2222                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2223    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2224    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2225    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
2226                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
2227                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2228    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
2229#else
2230    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
2231    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
2232    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
2233    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2234    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
2235#endif
2236
2237    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
2238             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2239
2240!
2241!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
2242!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
2243!-- the respective subdomain lie below the surface topography
2244    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
2245    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
2246                           ngp_3d_inner(:) )
2247    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
2248
2249    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
2250                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
2251
2252    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
2253
2254 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.