source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 254

Last change on this file since 254 was 254, checked in by heinze, 14 years ago

Output of messages replaced by message handling routine.

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 50.6 KB
Line 
1#if defined( __ibmy_special )
2@PROCESS NOOPTimize
3#endif
4 SUBROUTINE init_3d_model
5
6!------------------------------------------------------------------------------!
7! Current revisions:
8! -----------------
9! Output of messages replaced by message handling routine.
10! Set the starting level and the vertical smoothing factor used for
11! the external pressure gradient
12! +conserve_volume_flow_mode: 'default', 'initial_profiles', 'inflow_profile'
13! and 'bulk_velocity'
14!
15! Former revisions:
16! -----------------
17! $Id: init_3d_model.f90 254 2009-03-05 15:33:42Z heinze $
18!
19! 181 2008-07-30 07:07:47Z raasch
20! bugfix: zero assignments to tendency arrays in case of restarts,
21! further extensions and modifications in the initialisation of the plant
22! canopy model,
23! allocation of hom_sum moved to parin, initialization of spectrum_x|y directly
24! after allocating theses arrays,
25! read data for recycling added as new initialization option,
26! dummy allocation for diss
27!
28! 138 2007-11-28 10:03:58Z letzel
29! New counter ngp_2dh_s_inner.
30! Allow new case bc_uv_t = 'dirichlet_0' for channel flow.
31! Corrected calculation of initial volume flow for 'set_1d-model_profiles' and
32! 'set_constant_profiles' in case of buildings in the reference cross-sections.
33!
34! 108 2007-08-24 15:10:38Z letzel
35! Flux initialization in case of coupled runs, +momentum fluxes at top boundary,
36! +arrays for phase speed c_u, c_v, c_w, indices for u|v|w_m_l|r changed
37! +qswst_remote in case of atmosphere model with humidity coupled to ocean
38! Rayleigh damping for ocean, optionally calculate km and kh from initial
39! TKE e_init
40!
41! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
42! Initialization of salinity, call of init_ocean
43!
44! 87 2007-05-22 15:46:47Z raasch
45! var_hom and var_sum renamed pr_palm
46!
47! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
48! Arrays for radiation boundary conditions are allocated (u_m_l, u_m_r, etc.),
49! bugfix for cases with the outflow damping layer extending over more than one
50! subdomain, moisture renamed humidity,
51! new initializing action "by_user" calls user_init_3d_model,
52! precipitation_amount/rate, ts_value are allocated, +module netcdf_control,
53! initial velocities at nzb+1 are regarded for volume
54! flow control in case they have been set zero before (to avoid small timesteps)
55! -uvmean_outflow, uxrp, vynp eliminated
56!
57! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
58! +handling of top fluxes
59!
60! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
61!
62! Revision 1.49  2006/08/22 15:59:07  raasch
63! No optimization of this file on the ibmy (Yonsei Univ.)
64!
65! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
66! Initial revision
67!
68!
69! Description:
70! ------------
71! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
72! a) pre-run the 1D model
73! or
74! b) pre-set constant linear profiles
75! or
76! c) read values of a previous run
77!------------------------------------------------------------------------------!
78
79    USE arrays_3d
80    USE averaging
81    USE cloud_parameters
82    USE constants
83    USE control_parameters
84    USE cpulog
85    USE indices
86    USE interfaces
87    USE model_1d
88    USE netcdf_control
89    USE particle_attributes
90    USE pegrid
91    USE profil_parameter
92    USE random_function_mod
93    USE statistics
94
95    IMPLICIT NONE
96
97    INTEGER ::  i, ind_array(1), j, k, sr
98
99    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_l, ngp_3d_inner_l
100
101    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l,  &
102         ngp_2dh_s_inner_l
103
104    REAL ::  a, b
105
106    REAL, DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l, volume_flow_initial_l
107
108
109!
110!-- Allocate arrays
111    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
112              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
113              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
114              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
115              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
116              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
117    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt) )
118    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
119              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
120              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
121              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
122              rmask(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,0:statistic_regions),           &
123              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
124              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
125              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
126              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
127              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
128              ts_value(var_ts,0:statistic_regions) )
129    ALLOCATE( km_damp_x(nxl-1:nxr+1), km_damp_y(nys-1:nyn+1) )
130
131    ALLOCATE( rif_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), shf_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
132              ts(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), tswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
133              us(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), usws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
134              uswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                               &
135              vsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                                &
136              vswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), z0(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
137
138    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
139!
140!--    Leapfrog scheme needs two timelevels of diffusion quantities
141       ALLOCATE( rif_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
142                 shf_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
143                 tswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
144                 usws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
145                 uswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
146                 vswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
147                 vsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
148    ENDIF
149
150    ALLOCATE( d(nzb+1:nzta,nys:nyna,nxl:nxra),         &
151              e_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
152              e_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
153              e_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
154              kh_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
155              km_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
156              p(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),    &
157              pt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
158              pt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
159              pt_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
160              tend(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
161              u_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
162              u_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
163              u_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
164              v_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
165              v_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
166              v_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
167              w_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
168              w_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
169              w_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
170
171    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
172       ALLOCATE( kh_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
173                 km_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
174    ENDIF
175
176    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
177!
178!--    2D-humidity/scalar arrays
179       ALLOCATE ( qs(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),     &
180                  qsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
181                  qswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
182
183       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
184          ALLOCATE( qsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
185                    qswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
186       ENDIF
187!
188!--    3D-humidity/scalar arrays
189       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
190                 q_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
191                 q_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
192
193!
194!--    3D-arrays needed for humidity only
195       IF ( humidity )  THEN
196          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
197
198          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
199             ALLOCATE( vpt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
200          ENDIF
201
202          IF ( cloud_physics ) THEN
203!
204!--          Liquid water content
205             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
206!
207!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
208             ALLOCATE( precipitation_amount(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
209                       precipitation_rate(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
210          ENDIF
211
212          IF ( cloud_droplets )  THEN
213!
214!--          Liquid water content, change in liquid water content,
215!--          real volume of particles (with weighting), volume of particles
216             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
217                        ql_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
218                        ql_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
219                        ql_vp(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
220          ENDIF
221
222       ENDIF
223
224    ENDIF
225
226    IF ( ocean )  THEN
227       ALLOCATE( saswsb_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
228                 saswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
229       ALLOCATE( rho_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
230                 sa_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
231                 sa_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
232                 sa_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
233       rho => rho_1  ! routine calc_mean_profile requires density to be a
234                     ! pointer
235       IF ( humidity_remote )  THEN
236          ALLOCATE( qswst_remote(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
237          qswst_remote = 0.0
238       ENDIF
239    ENDIF
240
241!
242!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
243!-- particle velocities
244    IF ( use_sgs_for_particles )  THEN
245       ALLOCATE ( diss(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
246    ELSE
247       ALLOCATE ( diss(2,2,2) )  ! required because diss is used as a
248                                 ! formal parameter
249    ENDIF
250
251    IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
252       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
253                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
254       spectrum_x = 0.0
255       spectrum_y = 0.0
256    ENDIF
257
258!
259!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
260    IF ( plant_canopy ) THEN
261       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
262                  lad_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
263                  lad_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
264                  lad_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
265                  cdc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
266
267       IF ( passive_scalar ) THEN
268          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
269                     sec(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ) 
270       ENDIF
271
272       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
273          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
274                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
275       ENDIF
276
277    ENDIF
278
279!
280!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
281    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
282       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,1:4) )
283       rif_wall = 0.0
284    ENDIF
285
286!
287!-- Velocities at nzb+1 needed for volume flow control
288    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
289       ALLOCATE( u_nzb_p1_for_vfc(nys:nyn), v_nzb_p1_for_vfc(nxl:nxr) )
290       u_nzb_p1_for_vfc = 0.0
291       v_nzb_p1_for_vfc = 0.0
292    ENDIF
293
294!
295!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
296!-- are needed for radiation boundary conditions
297    IF ( outflow_l )  THEN
298       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,1:2), &
299                 v_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1), &
300                 w_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1) )
301    ENDIF
302    IF ( outflow_r )  THEN
303       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
304                 v_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
305                 w_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx) )
306    ENDIF
307    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
308       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), c_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), &
309                 c_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1) )
310    ENDIF
311    IF ( outflow_s )  THEN
312       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1), &
313                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxl-1:nxr+1), &
314                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1) )
315    ENDIF
316    IF ( outflow_n )  THEN
317       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
318                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
319                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1) )
320    ENDIF
321    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
322       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), c_v(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), &
323                 c_w(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1) )
324    ENDIF
325
326!
327!-- Initial assignment of the pointers
328    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
329
330       rif_m   => rif_1;    rif   => rif_2
331       shf_m   => shf_1;    shf   => shf_2
332       tswst_m => tswst_1;  tswst => tswst_2
333       usws_m  => usws_1;   usws  => usws_2
334       uswst_m => uswst_1;  uswst => uswst_2
335       vsws_m  => vsws_1;   vsws  => vsws_2
336       vswst_m => vswst_1;  vswst => vswst_2
337       e_m  => e_1;   e  => e_2;   e_p  => e_3;   te_m  => e_3
338       kh_m => kh_1;  kh => kh_2
339       km_m => km_1;  km => km_2
340       pt_m => pt_1;  pt => pt_2;  pt_p => pt_3;  tpt_m => pt_3
341       u_m  => u_1;   u  => u_2;   u_p  => u_3;   tu_m  => u_3
342       v_m  => v_1;   v  => v_2;   v_p  => v_3;   tv_m  => v_3
343       w_m  => w_1;   w  => w_2;   w_p  => w_3;   tw_m  => w_3
344
345       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
346          qsws_m  => qsws_1;   qsws  => qsws_2
347          qswst_m => qswst_1;  qswst => qswst_2
348          q_m    => q_1;     q    => q_2;     q_p => q_3;     tq_m => q_3
349          IF ( humidity )        vpt_m  => vpt_1;   vpt  => vpt_2
350          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
351          IF ( cloud_droplets )  THEN
352             ql   => ql_1
353             ql_c => ql_2
354          ENDIF
355       ENDIF
356
357    ELSE
358
359       rif   => rif_1
360       shf   => shf_1
361       tswst => tswst_1
362       usws  => usws_1
363       uswst => uswst_1
364       vsws  => vsws_1
365       vswst => vswst_1
366       e     => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3;   e_m  => e_3
367       kh    => kh_1
368       km    => km_1
369       pt    => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3;  pt_m => pt_3
370       u     => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3;   u_m  => u_3
371       v     => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3;   v_m  => v_3
372       w     => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3;   w_m  => w_3
373
374       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
375          qsws   => qsws_1
376          qswst  => qswst_1
377          q      => q_1;     q_p  => q_2;     tq_m  => q_3;    q_m => q_3
378          IF ( humidity )        vpt  => vpt_1
379          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
380          IF ( cloud_droplets )  THEN
381             ql   => ql_1
382             ql_c => ql_2
383          ENDIF
384       ENDIF
385
386       IF ( ocean )  THEN
387          saswsb => saswsb_1
388          saswst => saswst_1
389          sa     => sa_1;    sa_p => sa_2;    tsa_m => sa_3
390       ENDIF
391
392    ENDIF
393
394!
395!-- Initialize model variables
396    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
397         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_data_for_recycling' )  THEN
398!
399!--    First model run of a possible job queue.
400!--    Initial profiles of the variables must be computes.
401       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
402!
403!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
404!--       start 1D model
405          CALL init_1d_model
406!
407!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
408          DO  i = nxl-1, nxr+1
409             DO  j = nys-1, nyn+1
410                e(:,j,i)  = e1d
411                kh(:,j,i) = kh1d
412                km(:,j,i) = km1d
413                pt(:,j,i) = pt_init
414                u(:,j,i)  = u1d
415                v(:,j,i)  = v1d
416             ENDDO
417          ENDDO
418
419          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
420             DO  i = nxl-1, nxr+1
421                DO  j = nys-1, nyn+1
422                   q(:,j,i) = q_init
423                ENDDO
424             ENDDO
425          ENDIF
426
427          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
428             DO  i = nxl-1, nxr+1
429                DO  j = nys-1, nyn+1
430                   e(:,j,i)  = e1d
431                ENDDO
432             ENDDO
433!
434!--          Store initial profiles for output purposes etc.
435             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
436
437             IF ( prandtl_layer )  THEN
438                rif  = rif1d(nzb+1)
439                ts   = 0.0  ! could actually be computed more accurately in the
440                            ! 1D model. Update when opportunity arises.
441                us   = us1d
442                usws = usws1d
443                vsws = vsws1d
444             ELSE
445                ts   = 0.0  ! must be set, because used in
446                rif  = 0.0  ! flowste
447                us   = 0.0
448                usws = 0.0
449                vsws = 0.0
450             ENDIF
451
452          ELSE
453             e    = 0.0  ! must be set, because used in
454             rif  = 0.0  ! flowste
455             ts   = 0.0
456             us   = 0.0
457             usws = 0.0
458             vsws = 0.0
459          ENDIF
460          uswst = top_momentumflux_u
461          vswst = top_momentumflux_v
462
463!
464!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
465!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
466!--       Update when opportunity arises!
467          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  qs = 0.0
468
469!
470!--       inside buildings set velocities back to zero
471          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
472             DO  i = nxl-1, nxr+1
473                DO  j = nys-1, nyn+1
474                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0
475                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0
476                ENDDO
477             ENDDO
478             IF ( conserve_volume_flow )  THEN
479                IF ( nxr == nx )  THEN
480                   DO  j = nys, nyn
481                      DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx)
482                         u_nzb_p1_for_vfc(j) = u1d(k) * dzu(k)
483                      ENDDO
484                   ENDDO
485                ENDIF
486                IF ( nyn == ny )  THEN
487                   DO  i = nxl, nxr
488                      DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i)
489                         v_nzb_p1_for_vfc(i) = v1d(k) * dzu(k)
490                      ENDDO
491                   ENDDO
492                ENDIF
493             ENDIF
494!
495!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
496!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
497!--                   below the topography; need to correct later
498!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
499!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
500!--                     the topography.
501             IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
502!
503!--             Satisfying the Dirichlet condition with an extra layer below
504!--             the surface where the u and v component change their sign.
505                DO  i = nxl-1, nxr+1
506                   DO  j = nys-1, nyn+1
507                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = -u(1,j,i)
508                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = -v(1,j,i)
509                   ENDDO
510                ENDDO
511
512             ELSE
513!
514!--             Neumann condition
515                DO  i = nxl-1, nxr+1
516                   DO  j = nys-1, nyn+1
517                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
518                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
519                   ENDDO
520                ENDDO
521
522             ENDIF
523
524          ENDIF
525
526       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
527       THEN
528!
529!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
530!--       temperature profile with constant gradient)
531          DO  i = nxl-1, nxr+1
532             DO  j = nys-1, nyn+1
533                pt(:,j,i) = pt_init
534                u(:,j,i)  = u_init
535                v(:,j,i)  = v_init
536             ENDDO
537          ENDDO
538
539!
540!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid levels
541!--       to zero in order to avoid too small time steps caused by the diffusion
542!--       limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs in the
543!--       limiting formula!). The original values are stored to be later used for
544!--       volume flow control.
545          DO  i = nxl-1, nxr+1
546             DO  j = nys-1, nyn+1
547                u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
548                v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
549             ENDDO
550          ENDDO
551          IF ( conserve_volume_flow )  THEN
552             IF ( nxr == nx )  THEN
553                DO  j = nys, nyn
554                   DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx) + 1
555                      u_nzb_p1_for_vfc(j) = u_init(k) * dzu(k)
556                   ENDDO
557                ENDDO
558             ENDIF
559             IF ( nyn == ny )  THEN
560                DO  i = nxl, nxr
561                   DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i) + 1
562                      v_nzb_p1_for_vfc(i) = v_init(k) * dzu(k)
563                   ENDDO
564                ENDDO
565             ENDIF
566          ENDIF
567
568          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
569             DO  i = nxl-1, nxr+1
570                DO  j = nys-1, nyn+1
571                   q(:,j,i) = q_init
572                ENDDO
573             ENDDO
574          ENDIF
575
576          IF ( ocean )  THEN
577             DO  i = nxl-1, nxr+1
578                DO  j = nys-1, nyn+1
579                   sa(:,j,i) = sa_init
580                ENDDO
581             ENDDO
582          ENDIF
583         
584          IF ( constant_diffusion )  THEN
585             km   = km_constant
586             kh   = km / prandtl_number
587             e    = 0.0
588          ELSEIF ( e_init > 0.0 )  THEN
589             DO  k = nzb+1, nzt
590                km(k,:,:) = 0.1 * l_grid(k) * SQRT( e_init )
591             ENDDO
592             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
593             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
594             kh   = km / prandtl_number
595             e    = e_init
596          ELSE
597             IF ( .NOT. ocean )  THEN
598                kh   = 0.01   ! there must exist an initial diffusion, because
599                km   = 0.01   ! otherwise no TKE would be produced by the
600                              ! production terms, as long as not yet
601                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
602             ELSE
603                kh   = 0.00001
604                km   = 0.00001
605             ENDIF
606             e    = 0.0
607          ENDIF
608          rif   = 0.0
609          ts    = 0.0
610          us    = 0.0
611          usws  = 0.0
612          uswst = top_momentumflux_u
613          vsws  = 0.0
614          vswst = top_momentumflux_v
615          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0
616
617!
618!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
619!--       of a sloping surface
620          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
621
622       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
623       THEN
624!
625!--       Initialization will completely be done by the user
626          CALL user_init_3d_model
627
628       ENDIF
629
630!
631!--    Apply channel flow boundary condition
632       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
633
634          u(nzt+1,:,:) = 0.0
635          v(nzt+1,:,:) = 0.0
636
637!--       For the Dirichlet condition to be correctly applied at the top, set
638!--       ug and vg to zero there
639          ug(nzt+1)    = 0.0
640          vg(nzt+1)    = 0.0
641
642       ENDIF
643
644!
645!--    Calculate virtual potential temperature
646       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0 + 0.61 * q )
647
648!
649!--    Store initial profiles for output purposes etc.
650       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
651       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
652       IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
653          hom(nzb,1,5,:) = -hom(nzb+1,1,5,:)  ! due to satisfying the Dirichlet
654          hom(nzb,1,6,:) = -hom(nzb+1,1,6,:)  ! condition with an extra layer
655              ! below the surface where the u and v component change their sign
656       ENDIF
657       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
658       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
659       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
660
661       IF ( ocean )  THEN
662!
663!--       Store initial salinity profile
664          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
665       ENDIF
666
667       IF ( humidity )  THEN
668!
669!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
670!--       temperature
671          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
672          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
673          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
674!
675!--          Store initial profile of specific humidity and potential
676!--          temperature
677             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
678             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
679          ENDIF
680       ENDIF
681
682       IF ( passive_scalar )  THEN
683!
684!--       Store initial scalar profile
685          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
686       ENDIF
687
688!
689!--    Initialize fluxes at bottom surface
690       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
691
692          IF ( constant_heatflux )  THEN
693!
694!--          Heat flux is prescribed
695             IF ( random_heatflux )  THEN
696                CALL disturb_heatflux
697             ELSE
698                shf = surface_heatflux
699!
700!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
701                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
702                   DO  i = nxl-1, nxr+1
703                      DO  j = nys-1, nyn+1
704                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
705                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
706                         ENDIF
707                      ENDDO
708                   ENDDO
709                ENDIF
710             ENDIF
711             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = shf
712          ENDIF
713
714!
715!--       Determine the near-surface water flux
716          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
717             IF ( constant_waterflux )  THEN
718                qsws   = surface_waterflux
719                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )  qsws_m = qsws
720             ENDIF
721          ENDIF
722
723       ENDIF
724
725!
726!--    Initialize fluxes at top surface
727!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
728!--    The latent flux is zero in this case!
729       IF ( use_top_fluxes )  THEN
730
731          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
732!
733!--          Heat flux is prescribed
734             tswst = top_heatflux
735             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
736
737             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
738                qswst = 0.0
739                IF ( ASSOCIATED( qswst_m ) )  qswst_m = qswst
740             ENDIF
741
742             IF ( ocean )  THEN
743                saswsb = bottom_salinityflux
744                saswst = top_salinityflux
745             ENDIF
746          ENDIF
747
748!
749!--       Initialization in case of a coupled model run
750          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
751             tswst = 0.0
752             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
753          ENDIF
754
755       ENDIF
756
757!
758!--    Initialize Prandtl layer quantities
759       IF ( prandtl_layer )  THEN
760
761          z0 = roughness_length
762
763          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
764!
765!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
766!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
767!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
768!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
769!--          value in the course of the first few time steps.
770             shf   = 0.0
771             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = 0.0
772          ENDIF
773
774          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
775             IF ( .NOT. constant_waterflux )  THEN
776                qsws   = 0.0
777                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )   qsws_m = 0.0
778             ENDIF
779          ENDIF
780
781       ENDIF
782
783!
784!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
785       IF ( conserve_volume_flow )  THEN
786
787          volume_flow_initial_l = 0.0
788          volume_flow_area_l    = 0.0
789 
790          IF ( nxr == nx )  THEN
791             DO  j = nys, nyn
792                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
793                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
794                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
795                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
796                ENDDO
797!
798!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
799                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
800                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
801             ENDDO
802          ENDIF
803
804          IF ( nyn == ny )  THEN
805             DO  i = nxl, nxr
806                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
807                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
808                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
809                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
810                ENDDO
811!
812!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
813                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
814                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
815             ENDDO
816          ENDIF
817
818#if defined( __parallel )
819          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
820                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
821          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
822                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
823#else
824          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
825          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
826#endif
827!
828!--       In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is overridden
829!--       and calculated from u|v_bulk instead.
830          IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
831             volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
832             volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
833          ENDIF
834
835       ENDIF
836
837!
838!--    For the moment, perturbation pressure and vertical velocity are zero
839       p = 0.0; w = 0.0
840
841!
842!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
843       sums = 0.0
844
845!
846!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
847!--    are zero at beginning of the simulation
848       IF ( cloud_physics )  THEN
849          ql = 0.0
850          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0
851       ENDIF
852
853!
854!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
855       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
856          CALL init_rankine
857       ENDIF
858
859!
860!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
861       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
862          CALL init_pt_anomaly
863       ENDIF
864
865!
866!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
867       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
868          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
869       ENDIF
870
871!
872!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
873!--    run
874       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
875            q_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
876          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
877       ENDIF
878
879!
880!--    Initialize the random number generator (from numerical recipes)
881       CALL random_function_ini
882
883!
884!--    Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
885!--    remove the divergences from the velocity field
886       IF ( create_disturbances )  THEN
887          CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
888          CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
889          n_sor = nsor_ini
890          CALL pres
891          n_sor = nsor
892       ENDIF
893
894!
895!--    Once again set the perturbation pressure explicitly to zero in order to
896!--    assure that it does not generate any divergences in the first time step.
897!--    At t=0 the velocity field is free of divergence (as constructed above).
898!--    Divergences being created during a time step are not yet known and thus
899!--    cannot be corrected during the time step yet.
900       p = 0.0
901
902!
903!--    Initialize old and new time levels.
904       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
905          e_m = e; pt_m = pt; u_m = u; v_m = v; w_m = w; kh_m = kh; km_m = km
906       ELSE
907          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
908       ENDIF
909       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
910
911       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
912          IF ( ASSOCIATED( q_m ) )  q_m = q
913          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  tq_m = 0.0
914          q_p = q
915          IF ( humidity  .AND.  ASSOCIATED( vpt_m ) )  vpt_m = vpt
916       ENDIF
917
918       IF ( ocean )  THEN
919          tsa_m = 0.0
920          sa_p  = sa
921       ENDIF
922
923
924    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
925             TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  &
926    THEN
927!
928!--    When reading data for initializing the recycling method, first read
929!--    some of the global variables from restart file
930       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  THEN
931
932          WRITE (9,*) 'before read_parts_of_var_list'
933          CALL local_flush( 9 )
934          CALL read_parts_of_var_list
935          WRITE (9,*) 'after read_parts_of_var_list'
936          CALL local_flush( 9 )
937          CALL close_file( 13 )
938!
939!--       Store temporally and horizontally averaged vertical profiles to be
940!--       used as mean inflow profiles
941          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
942
943          mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
944          mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
945          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)    ! pt
946          mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)    ! e
947
948!
949!--       Use these mean profiles for the inflow (provided that Dirichlet
950!--       conditions are used)
951          IF ( inflow_l )  THEN
952             DO  j = nys-1, nyn+1
953                DO  k = nzb, nzt+1
954                   u(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
955                   v(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
956                   w(k,j,-1)  = 0.0
957                   pt(k,j,-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
958                   e(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
959                ENDDO
960             ENDDO
961          ENDIF
962
963!
964!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
965!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
966!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
967!--       in time.
968          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9 )  THEN
969!
970!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun
971             inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
972
973          ENDIF
974
975          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9 )  THEN
976!
977!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped layer
978             inflow_damping_width = 0.1 * inflow_damping_height
979
980          ENDIF
981
982          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
983
984          DO  k = nzb, nzt+1
985
986             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
987                inflow_damping_factor(k) = 1.0
988             ELSEIF ( zu(k) <= inflow_damping_height + inflow_damping_width ) &
989             THEN
990                inflow_damping_factor(k) = 1.0 -                               &
991                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
992                                           inflow_damping_width
993             ELSE
994                inflow_damping_factor(k) = 0.0
995             ENDIF
996
997          ENDDO
998
999       ENDIF
1000
1001!
1002!--    Read binary data from restart file
1003          WRITE (9,*) 'before read_3d_binary'
1004          CALL local_flush( 9 )
1005       CALL read_3d_binary
1006          WRITE (9,*) 'after read_3d_binary'
1007          CALL local_flush( 9 )
1008
1009!
1010!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1011       IF ( conserve_volume_flow  .AND.  &
1012            TRIM( initializing_actions ) == 'read_data_for_recycling' )  THEN
1013
1014          volume_flow_initial_l = 0.0
1015          volume_flow_area_l    = 0.0
1016 
1017          IF ( nxr == nx )  THEN
1018             DO  j = nys, nyn
1019                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
1020                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1021                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
1022                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
1023                ENDDO
1024!
1025!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1026                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1027                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
1028             ENDDO
1029          ENDIF
1030
1031          IF ( nyn == ny )  THEN
1032             DO  i = nxl, nxr
1033                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
1034                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1035                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
1036                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
1037                ENDDO
1038!
1039!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1040                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1041                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
1042             ENDDO
1043          ENDIF
1044
1045#if defined( __parallel )
1046          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1047                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1048          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1049                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1050#else
1051          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1052          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1053#endif 
1054       ENDIF
1055
1056
1057!
1058!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1059!--    of a sloping surface
1060       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1061
1062!
1063!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1064!--    including ghost points)
1065       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1066       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  q_p = q
1067       IF ( ocean )  sa_p = sa
1068
1069!
1070!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1071!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1072!--    there before they are set.
1073       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1074          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
1075          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  tq_m = 0.0
1076          IF ( ocean )  tsa_m = 0.0
1077       ENDIF
1078
1079    ELSE
1080!
1081!--    Actually this part of the programm should not be reached
1082       message_string = 'unknown initializing problem'
1083       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1084    ENDIF
1085
1086
1087    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1088!
1089!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1090       IF ( outflow_l )  THEN
1091          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1092          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1093          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1094       ENDIF
1095       IF ( outflow_r )  THEN
1096          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1097          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1098          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1099       ENDIF
1100       IF ( outflow_s )  THEN
1101          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1102          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1103          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1104       ENDIF
1105       IF ( outflow_n )  THEN
1106          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1107          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1108          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1109       ENDIF
1110
1111    ENDIF
1112
1113!
1114!-- Initialization of the leaf area density
1115    IF ( plant_canopy ) THEN
1116 
1117       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1118
1119          CASE( 'block' )
1120
1121             DO  i = nxl-1, nxr+1
1122                DO  j = nys-1, nyn+1
1123                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1124                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
1125                   IF ( passive_scalar ) THEN
1126                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1127                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1128                   ENDIF
1129                ENDDO
1130             ENDDO
1131
1132          CASE DEFAULT
1133
1134!
1135!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1136!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1137!--          user has coded a special case in the user interface.
1138!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1139!--          which of these two conditions applies.
1140             CALL user_init_plant_canopy
1141 
1142          END SELECT
1143
1144       CALL exchange_horiz( lad_s )
1145       CALL exchange_horiz( cdc )
1146
1147       IF ( passive_scalar ) THEN
1148          CALL exchange_horiz( sls )
1149          CALL exchange_horiz( sec )
1150       ENDIF
1151
1152!
1153!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1154!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1155!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1156!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1157!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1158
1159       DO  i = nxl, nxr
1160          DO  j = nys, nyn
1161             DO  k = nzb, nzt+1 
1162                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0 ) THEN
1163                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1164                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1165                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1166                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1167                ENDIF
1168             ENDDO
1169             DO  k = nzb, nzt
1170                lad_w(k,j,i) = 0.5 * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
1171             ENDDO
1172          ENDDO
1173       ENDDO
1174
1175       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0
1176       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
1177
1178       CALL exchange_horiz( lad_u )
1179       CALL exchange_horiz( lad_v )
1180       CALL exchange_horiz( lad_w )
1181
1182!
1183!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
1184       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
1185!
1186!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1187!--       integration of the leaf area density
1188          lai(:,:,:) = 0.0
1189          DO  i = nxl-1, nxr+1
1190             DO  j = nys-1, nyn+1
1191                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1192                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
1193                                ( 0.5 * ( lad_w(k+1,j,i) +       &
1194                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1195                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
1196                                ( 0.5 * ( lad_w(k,j,i)   +       &
1197                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1198                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1199                ENDDO
1200             ENDDO
1201          ENDDO
1202
1203!
1204!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1205!--       canopy
1206          DO  i = nxl-1, nxr+1
1207             DO  j = nys-1, nyn+1
1208                DO  k = 0, pch_index
1209                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
1210                                             exp( -0.6 * lai(k,j,i) )
1211                ENDDO
1212             ENDDO
1213          ENDDO
1214
1215!
1216!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1217!--       distribution within the canopy
1218          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1219
1220          IF ( ASSOCIATED( shf_m ) ) shf_m = shf
1221
1222       ENDIF
1223
1224    ENDIF
1225
1226!
1227!-- If required, initialize dvrp-software
1228    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9 )  CALL init_dvrp
1229
1230    IF ( ocean )  THEN
1231!
1232!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1233       CALL init_ocean
1234    ELSE
1235!
1236!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1237!--    This routine must be called before init_particles, because
1238!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1239!--    init_particles) is not defined.
1240       CALL init_cloud_physics
1241    ENDIF
1242
1243!
1244!-- If required, initialize particles
1245    IF ( particle_advection )  CALL init_particles
1246
1247!
1248!-- Initialize quantities for special advections schemes
1249    CALL init_advec
1250
1251!
1252!-- Initialize Rayleigh damping factors
1253    rdf = 0.0
1254    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0 )  THEN
1255       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1256          DO  k = nzb+1, nzt
1257             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1258                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1259                      ( SIN( pi * 0.5 * ( zu(k) - rayleigh_damping_height )    &
1260                                      / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
1261                      )**2
1262             ENDIF
1263          ENDDO
1264       ELSE
1265          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1266             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1267                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1268                      ( SIN( pi * 0.5 * ( rayleigh_damping_height - zu(k) )    &
1269                                      / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
1270                      )**2
1271             ENDIF
1272          ENDDO
1273       ENDIF
1274    ENDIF
1275
1276!
1277!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1278!-- the external pressure gradient
1279    dp_smooth_factor = 1.0
1280    IF ( dp_external )  THEN
1281!
1282!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1283!--    (e.g. in init_grid).
1284       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1285          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1286          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1287                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1288       ENDIF
1289       IF ( dp_smooth )  THEN
1290          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0
1291          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1292             dp_smooth_factor(k) = 0.5 * ( 1.0 + SIN( pi * &
1293                  ( REAL( k - dp_level_ind_b ) /  &
1294                    REAL( nzt - dp_level_ind_b ) - 0.5 ) ) )
1295          ENDDO
1296       ENDIF
1297    ENDIF
1298
1299!
1300!-- Initialize diffusivities used within the outflow damping layer in case of
1301!-- non-cyclic lateral boundaries. A linear increase is assumed over the first
1302!-- half of the width of the damping layer
1303    IF ( bc_lr == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1304
1305       DO  i = nxl-1, nxr+1
1306          IF ( i >= nx - outflow_damping_width )  THEN
1307             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1308                            ( i - ( nx - outflow_damping_width ) ) /   &
1309                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1310                                             )
1311          ELSE
1312             km_damp_x(i) = 0.0
1313          ENDIF
1314       ENDDO
1315
1316    ELSEIF ( bc_lr == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1317
1318       DO  i = nxl-1, nxr+1
1319          IF ( i <= outflow_damping_width )  THEN
1320             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1321                            ( outflow_damping_width - i ) /            &
1322                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1323                                             )
1324          ELSE
1325             km_damp_x(i) = 0.0
1326          ENDIF
1327       ENDDO
1328
1329    ENDIF
1330
1331    IF ( bc_ns == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1332
1333       DO  j = nys-1, nyn+1
1334          IF ( j >= ny - outflow_damping_width )  THEN
1335             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1336                            ( j - ( ny - outflow_damping_width ) ) /   &
1337                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1338                                             )
1339          ELSE
1340             km_damp_y(j) = 0.0
1341          ENDIF
1342       ENDDO
1343
1344    ELSEIF ( bc_ns == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1345
1346       DO  j = nys-1, nyn+1
1347          IF ( j <= outflow_damping_width )  THEN
1348             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1349                            ( outflow_damping_width - j ) /            &
1350                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1351                                             )
1352          ELSE
1353             km_damp_y(j) = 0.0
1354          ENDIF
1355       ENDDO
1356
1357    ENDIF
1358
1359!
1360!-- Initialize local summation arrays for UP flow_statistics. This is necessary
1361!-- because they may not yet have been initialized when they are called from
1362!-- flow_statistics (or - depending on the chosen model run - are never
1363!-- initialized)
1364    sums_divnew_l      = 0.0
1365    sums_divold_l      = 0.0
1366    sums_l_l           = 0.0
1367    sums_up_fraction_l = 0.0
1368    sums_wsts_bc_l     = 0.0
1369
1370!
1371!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1372    rmask = 1.0
1373
1374!
1375!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1376!-- of allowed timeseries is not exceeded
1377    CALL user_init
1378
1379    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1380       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds', &
1381                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max, &
1382                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1383       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
1384    ENDIF
1385
1386!
1387!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1388!-- after call of user_init!
1389    CALL close_file( 13 )
1390
1391!
1392!-- Compute total sum of active mask grid points
1393!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1394!--          total domain
1395!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1396    ngp_2dh_outer_l   = 0
1397    ngp_2dh_outer     = 0
1398    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1399    ngp_2dh_s_inner   = 0
1400    ngp_2dh_l         = 0
1401    ngp_2dh           = 0
1402    ngp_3d_inner_l    = 0
1403    ngp_3d_inner      = 0
1404    ngp_3d            = 0
1405    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1406
1407    DO  sr = 0, statistic_regions
1408       DO  i = nxl, nxr
1409          DO  j = nys, nyn
1410             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0 )  THEN
1411!
1412!--             All xy-grid points
1413                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1414!
1415!--             xy-grid points above topography
1416                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1417                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1418                ENDDO
1419                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1420                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1421                ENDDO
1422!
1423!--             All grid points of the total domain above topography
1424                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1425                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1426             ENDIF
1427          ENDDO
1428       ENDDO
1429    ENDDO
1430
1431    sr = statistic_regions + 1
1432#if defined( __parallel )
1433    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,  &
1434                        comm2d, ierr )
1435    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr, &
1436                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1437    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),        &
1438                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1439    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner(0), sr, MPI_INTEGER, &
1440                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1441#else
1442    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1443    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1444    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1445    ngp_3d_inner    = ngp_3d_inner_l
1446#endif
1447
1448    ngp_3d = ngp_2dh * ( nz + 2 )
1449
1450!
1451!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1452!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1453!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1454    ngp_2dh_outer = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:) ) 
1455    ngp_3d_inner  = MAX( 1, ngp_3d_inner(:)    )
1456
1457    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l )
1458
1459
1460 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.