source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 2776

Last change on this file since 2776 was 2776, checked in by Giersch, 4 years ago

Skipping of module related restart data changed + adapting synthetic turbulence generator to current restart procedure

  • Property svn:keywords set to Id
  • Property svn:mergeinfo set to False
    /palm/branches/forwind/SOURCE/init_3d_model.f901564-1913
    /palm/branches/palm4u/SOURCE/init_3d_model.f902540-2692
File size: 94.2 KB
Line 
1!> @file init_3d_model.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
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 1997-2018 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: init_3d_model.f90 2776 2018-01-31 10:44:42Z Giersch $
27! Variable use_synthetic_turbulence_generator has been abbreviated
28!
29! 2766 2018-01-22 17:17:47Z kanani
30! Removed preprocessor directive __chem
31!
32! 2758 2018-01-17 12:55:21Z suehring
33! In case of spinup of land- and urban-surface model, do not mask wind velocity
34! at first computational grid level
35!
36! 2746 2018-01-15 12:06:04Z suehring
37! Move flag plant canopy to modules
38!
39! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
40! Corrected "Former revisions" section
41!
42! 2705 2017-12-18 11:26:23Z maronga
43! Bugfix for reading initial profiles from ls/nuding file
44!
45! 2701 2017-12-15 15:40:50Z suehring
46! Changes from last commit documented
47!
48! 2700 2017-12-15 14:12:35Z suehring
49! Bugfix, missing initialization of surface attributes in case of
50! inifor-initialization branch
51!
52! 2698 2017-12-14 18:46:24Z suehring
53! Bugfix in get_topography_top_index
54!
55! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
56! Change in file header (GPL part)
57! Implementation of uv exposure model (FK)
58! Moved initialisation of diss, e, kh, km to turbulence_closure_mod (TG)
59! Added chemical emissions (FK)
60! Initialize masking arrays and number-of-grid-points arrays before initialize
61! LSM, USM and radiation module
62! Initialization with inifor (MS)
63!
64! 2618 2017-11-16 15:37:30Z suehring
65! Reorder calls of init_surfaces.
66!
67! 2564 2017-10-19 15:56:56Z Giersch
68! Variable wind_turbine was added to control_parameters.
69!
70! 2550 2017-10-16 17:12:01Z boeske
71! Modifications to cyclic fill method and turbulence recycling method in case of
72! complex terrain simulations
73!
74! 2513 2017-10-04 09:24:39Z kanani
75! Bugfix in storing initial scalar profile (wrong index)
76!
77! 2350 2017-08-15 11:48:26Z kanani
78! Bugfix in nopointer version
79!
80! 2339 2017-08-07 13:55:26Z gronemeier
81! corrected timestamp in header
82!
83! 2338 2017-08-07 12:15:38Z gronemeier
84! Modularize 1D model
85!
86! 2329 2017-08-03 14:24:56Z knoop
87! Removed temporary bugfix (r2327) as bug is properly resolved by this revision
88!
89! 2327 2017-08-02 07:40:57Z maronga
90! Temporary bugfix
91!
92! 2320 2017-07-21 12:47:43Z suehring
93! Modularize large-scale forcing and nudging
94!
95! 2292 2017-06-20 09:51:42Z schwenkel
96! Implementation of new microphysic scheme: cloud_scheme = 'morrison'
97! includes two more prognostic equations for cloud drop concentration (nc) 
98! and cloud water content (qc).
99!
100! 2277 2017-06-12 10:47:51Z kanani
101! Removed unused variable sums_up_fraction_l
102!
103! 2270 2017-06-09 12:18:47Z maronga
104! dots_num must be increased when LSM and/or radiation is used
105!
106! 2259 2017-06-08 09:09:11Z gronemeier
107! Implemented synthetic turbulence generator
108!
109! 2252 2017-06-07 09:35:37Z knoop
110! rho_air now depending on surface_pressure even in Boussinesq mode
111!
112! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
113!
114! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
115! Adjustments to new topography and surface concept:
116!   - Modify passed parameters for disturb_field
117!   - Topography representation via flags
118!   - Remove unused arrays.
119!   - Move initialization of surface-related quantities to surface_mod
120!
121! 2172 2017-03-08 15:55:25Z knoop
122! Bugfix: moved parallel random generator initialization into its module
123!
124! 2118 2017-01-17 16:38:49Z raasch
125! OpenACC directives removed
126!
127! 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop
128! Anelastic approximation implemented
129!
130! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
131! renamed variable rho to rho_ocean
132!
133! 2011 2016-09-19 17:29:57Z kanani
134! Flag urban_surface is now defined in module control_parameters.
135!
136! 2007 2016-08-24 15:47:17Z kanani
137! Added support for urban surface model,
138! adjusted location_message in case of plant_canopy
139!
140! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
141! Forced header and separation lines into 80 columns
142!
143! 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring
144! Initializaton of scalarflux at model top
145! Bugfixes in initialization of surface and top salinity flux, top scalar and
146! humidity fluxes
147!
148! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
149! Separate humidity and passive scalar
150! Increase dimension for mean_inflow_profiles
151! Remove inadvertent write-statement
152! Bugfix, large-scale forcing is still not implemented for passive scalars
153!
154! 1957 2016-07-07 10:43:48Z suehring
155! flight module added
156!
157! 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring
158! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
159! calculation of Obukhov length
160!
161! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
162! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
163! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
164!         routine because otherwise results from pres are overwritten
165!
166! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
167! Added initialization of the wind turbine model
168!
169! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
170! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
171!
172! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
173! Adapted for modularization of microphysics.
174! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
175! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
176! microphysics_init.
177!
178! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
179! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
180!
181! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
182! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
183!
184! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
185! turbulence renamed collision_turbulence
186!
187! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
188! Renamed radiation calls.
189! Renamed canopy model calls.
190!
191! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
192! icloud_scheme replaced by microphysics_*
193!
194! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
195! Renamed lsm calls.
196!
197! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
198! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
199! in r1762)
200!
201! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
202! Added z0q.
203! Syntax layout improved.
204!
205! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
206! netcdf module name changed + related changes
207!
208! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
209! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
210!
211! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
212! Introduction of nested domain feature
213!
214! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
215! calculate mean surface level height for each statistic region
216!
217! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
218! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
219! set zero
220!
221! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
222! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
223! devision by zero in neutral stratification
224!
225! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
226! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
227!
228! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
229! Code annotations made doxygen readable
230!
231! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
232! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
233!
234! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
235! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
236!
237! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
238! adjustments for psolver-queries
239!
240! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
241! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
242! which is part of land_surface_model.
243!
244! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
245! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
246!
247! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
248! Added initialization of the land surface and radiation schemes
249!
250! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
251! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
252! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
253! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
254! call of subroutine init_plant_canopy added.
255!
256! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
257! var_d added, in order to normalize spectra.
258!
259! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
260! Ensemble run capability added to parallel random number generator
261!
262! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
263! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
264! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
265!
266! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
267! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
268! no-slip boundary condition for uv
269!
270! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
271! location messages modified
272!
273! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
274! Parallel random number generator added
275!
276! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
277! location messages added
278!
279! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
280! tend_* removed
281! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
282!
283! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
284! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
285! module
286!
287! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
288! REAL constants provided with KIND-attribute
289!
290! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
291! REAL constants defined as wp-kind
292!
293! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
294! REAL constants defined as wp-kind
295! module interfaces removed
296!
297! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
298! ONLY-attribute added to USE-statements,
299! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
300! kinds are defined in new module kinds,
301! revision history before 2012 removed,
302! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
303! all variable declaration statements
304!
305! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
306! Bugfix: allocation of w_subs
307!
308! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
309! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
310! with large scale forcing data (LSF_DATA)
311!
312! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
313! Overwrite initial profiles in case of nudging
314! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
315!
316! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
317! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
318! copy
319!
320! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
321! array tri is allocated and included in data copy statement
322!
323! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
324! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
325!
326! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
327! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
328!
329! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
330! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
331!
332! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
333! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
334!
335! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
336! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
337! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
338!
339! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
340! unused variables removed
341!
342! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
343! openACC directive modified
344!
345! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
346! openACC directives added for pres
347! array diss allocated only if required
348!
349! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
350! unused variables removed
351!
352! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
353! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
354!
355! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
356! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
357! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
358! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
359! +tend_*, prr
360!
361! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
362! code put under GPL (PALM 3.9)
363!
364! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
365! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
366!
367! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
368! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
369!
370! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
371! mask is set to zero for ghost boundaries
372!
373! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
374! cpp switch __nopointer added for pointer free version
375!
376! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
377! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
378!
379! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
380! all actions concerning leapfrog scheme removed
381!
382! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
383! little reformatting
384!
385! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
386! outflow damping layer removed
387! roughness length for scalar quantites z0h added
388! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
389! boundaries added
390! initialization of ptdf_x, ptdf_y
391! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
392!
393! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
394! init_particles renamed lpm_init
395!
396! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
397! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
398!
399! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
400! Initial revision
401!
402!
403! Description:
404! ------------
405!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
406!> a) pre-run the 1D model
407!> or
408!> b) pre-set constant linear profiles
409!> or
410!> c) read values of a previous run
411!------------------------------------------------------------------------------!
412 SUBROUTINE init_3d_model
413 
414
415    USE advec_ws
416
417    USE arrays_3d
418
419    USE chemistry_model_mod,                                                   &
420        ONLY:  chem_emissions
421
422    USE cloud_parameters,                                                      &
423        ONLY:  cp, l_v, r_d
424
425    USE constants,                                                             &
426        ONLY:  pi
427   
428    USE control_parameters
429   
430    USE flight_mod,                                                            &
431        ONLY:  flight_init
432   
433    USE grid_variables,                                                        &
434        ONLY:  dx, dy, ddx2_mg, ddy2_mg
435   
436    USE indices
437
438    USE lpm_init_mod,                                                          &
439        ONLY:  lpm_init
440   
441    USE kinds
442
443    USE land_surface_model_mod,                                                &
444        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays
445 
446    USE lsf_nudging_mod,                                                       &
447        ONLY:  lsf_init, ls_forcing_surf, nudge_init
448
449    USE microphysics_mod,                                                      &
450        ONLY:  collision_turbulence, microphysics_init
451
452    USE model_1d_mod,                                                          &
453        ONLY:  e1d, init_1d_model, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d,  &
454               v1d, vsws1d
455
456    USE netcdf_interface,                                                      &
457        ONLY:  dots_max, dots_num
458
459    USE netcdf_data_input_mod,                                                  &
460        ONLY:  init_3d, netcdf_data_input_interpolate, netcdf_data_input_init_3d
461   
462    USE particle_attributes,                                                   &
463        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
464   
465    USE pegrid
466   
467    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
468        ONLY:  pcm_init
469
470    USE radiation_model_mod,                                                   &
471        ONLY:  radiation_init, radiation, radiation_control, radiation_scheme, &
472               read_svf_on_init,                                               &
473               write_svf_on_init, radiation_calc_svf, radiation_write_svf,     &
474               radiation_interaction, radiation_interactions,                  &
475               radiation_interaction_init, radiation_read_svf
476   
477    USE random_function_mod
478   
479    USE random_generator_parallel,                                             &
480        ONLY:  init_parallel_random_generator
481   
482    USE statistics,                                                            &
483        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
484               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
485               sums_l_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,                             &
486               weight_pres, weight_substep
487
488    USE synthetic_turbulence_generator_mod,                                    &
489        ONLY:  stg_init, use_syn_turb_gen
490
491    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
492        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
493
494    USE surface_mod,                                                           &
495        ONLY :  init_surface_arrays, init_surfaces, surf_def_h, surf_lsm_h,    &
496                surf_usm_h, get_topography_top_index_ji
497   
498    USE transpose_indices
499
500    USE turbulence_closure_mod,                                                &
501        ONLY:  tcm_init_arrays, tcm_init
502
503    USE urban_surface_mod,                                                     &
504        ONLY:  usm_init_urban_surface, usm_allocate_surface
505
506    USE uv_exposure_model_mod,                                                 &
507        ONLY:  uvem_init, uvem_init_arrays
508
509    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
510        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays
511
512    IMPLICIT NONE
513
514    INTEGER(iwp) ::  i             !<
515    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
516    INTEGER(iwp) ::  j             !<
517    INTEGER(iwp) ::  k             !<
518    INTEGER(iwp) ::  k_surf        !< surface level index
519    INTEGER(iwp) ::  m             !< index of surface element in surface data type
520    INTEGER(iwp) ::  sr            !< index of statistic region
521
522    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
523
524    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
525    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
526
527    REAL(wp)     ::  t_surface !< air temperature at the surface
528
529    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  p_hydrostatic !< hydrostatic pressure
530
531    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
532    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
533    REAL(wp) ::  dx_l !< grid spacing along x on different multigrid level
534    REAL(wp) ::  dy_l !< grid spacing along y on different multigrid level
535
536    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
537    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
538
539    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
540    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
541    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
542
543    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift   !<
544    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift   !<
545    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift   !<
546    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift   !<
547    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift_l !<
548    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift_l !<
549    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift_l !<
550    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift_l !<
551
552    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
553!
554!-- Allocate arrays
555    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
556              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
557              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
558              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
559              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
560              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
561              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
562              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
563              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
564    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
565    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
566              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
567              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
568              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
569              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
570              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
571              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
572              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
573              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
574              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
575    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
576
577    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
578              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
579              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
580
581#if defined( __nopointer )
582    ALLOCATE( pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
583              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
584              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
585              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
586              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
587              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
588              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
589              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
590              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
591              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
592              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
593              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
594#else
595    ALLOCATE( pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
596              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
597              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
598              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
599              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
600              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
601              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
602              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
603              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
604              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
605              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
606    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
607       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
608    ENDIF
609#endif
610
611!
612!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
613!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
614!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
615!-- solver.
616    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
617       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
618    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
619!
620!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
621       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
622    ENDIF
623
624!
625!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
626    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
627       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
628       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
629    ENDIF
630
631    IF ( humidity )  THEN
632!
633!--    3D-humidity
634#if defined( __nopointer )
635       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
636                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
637                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
638#else
639       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
640                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
641                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
642#endif
643
644!
645!--    3D-arrays needed for humidity
646       IF ( humidity )  THEN
647#if defined( __nopointer )
648          ALLOCATE( vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
649#else
650          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
651#endif
652
653          IF ( cloud_physics )  THEN
654!
655!--          Liquid water content
656#if defined( __nopointer )
657             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
658#else
659             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
660#endif
661
662!
663!--          3D-cloud water content
664             IF ( .NOT. microphysics_morrison )  THEN
665#if defined( __nopointer )
666                ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
667#else
668                ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
669#endif
670             ENDIF
671!
672!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
673             ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
674                       precipitation_rate(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
675
676!
677!--          3d-precipitation rate
678             ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
679
680             IF ( microphysics_morrison )  THEN
681!
682!--             3D-cloud drop water content, cloud drop concentration arrays
683#if defined( __nopointer )
684                ALLOCATE( nc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
685                          nc_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
686                          qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
687                          qc_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
688                          tnc_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             & 
689                          tqc_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
690#else
691                ALLOCATE( nc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
692                          nc_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
693                          nc_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
694                          qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
695                          qc_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
696                          qc_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
697#endif
698             ENDIF
699
700             IF ( microphysics_seifert )  THEN
701!
702!--             3D-rain water content, rain drop concentration arrays
703#if defined( __nopointer )
704                ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
705                          nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
706                          qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
707                          qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
708                          tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),             &
709                          tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
710#else
711                ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
712                          nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
713                          nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
714                          qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
715                          qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),              &
716                          qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
717#endif
718             ENDIF
719
720          ENDIF
721
722          IF ( cloud_droplets )  THEN
723!
724!--          Liquid water content, change in liquid water content
725#if defined( __nopointer )
726             ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
727                        ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
728#else
729             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
730                        ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
731#endif
732!
733!--          Real volume of particles (with weighting), volume of particles
734             ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
735                        ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
736          ENDIF
737
738       ENDIF
739
740    ENDIF
741   
742   
743    IF ( passive_scalar )  THEN
744
745!
746!--    3D scalar arrays
747#if defined( __nopointer )
748       ALLOCATE( s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
749                 s_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
750                 ts_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
751#else
752       ALLOCATE( s_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
753                 s_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
754                 s_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
755#endif
756    ENDIF
757
758    IF ( ocean )  THEN
759#if defined( __nopointer )
760       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
761                 rho_ocean(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
762                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
763                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
764                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
765#else
766       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
767                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
768                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
769                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
770                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
771       prho => prho_1
772       rho_ocean  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
773                      ! density to be apointer
774#endif
775    ENDIF
776
777!
778!-- Allocation of anelastic and Boussinesq approximation specific arrays
779    ALLOCATE( p_hydrostatic(nzb:nzt+1) )
780    ALLOCATE( rho_air(nzb:nzt+1) )
781    ALLOCATE( rho_air_zw(nzb:nzt+1) )
782    ALLOCATE( drho_air(nzb:nzt+1) )
783    ALLOCATE( drho_air_zw(nzb:nzt+1) )
784
785!
786!-- Density profile calculation for anelastic approximation
787    t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**( r_d / cp )
788    IF ( TRIM( approximation ) == 'anelastic' ) THEN
789       DO  k = nzb, nzt+1
790          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
791                                ( 1 - ( g * zu(k) ) / ( cp * t_surface )       &
792                                )**( cp / r_d )
793          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
794                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
795                                  )**( r_d / cp )                              &
796                                ) / ( r_d * pt_init(k) )
797       ENDDO
798       DO  k = nzb, nzt
799          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
800       ENDDO
801       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
802                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
803    ELSE
804       DO  k = nzb, nzt+1
805          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
806                                ( 1 - ( g * zu(nzb) ) / ( cp * t_surface )       &
807                                )**( cp / r_d )
808          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
809                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
810                                  )**( r_d / cp )                              &
811                                ) / ( r_d * pt_init(nzb) )
812       ENDDO
813       DO  k = nzb, nzt
814          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
815       ENDDO
816       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
817                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
818    ENDIF
819!
820!-- compute the inverse density array in order to avoid expencive divisions
821    drho_air    = 1.0_wp / rho_air
822    drho_air_zw = 1.0_wp / rho_air_zw
823
824!
825!-- Allocation of flux conversion arrays
826    ALLOCATE( heatflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
827    ALLOCATE( waterflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
828    ALLOCATE( momentumflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
829    ALLOCATE( heatflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
830    ALLOCATE( waterflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
831    ALLOCATE( momentumflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
832
833!
834!-- calculate flux conversion factors according to approximation and in-/output mode
835    DO  k = nzb, nzt+1
836
837        IF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'kinematic' )  THEN
838            heatflux_input_conversion(k)      = rho_air_zw(k)
839            waterflux_input_conversion(k)     = rho_air_zw(k)
840            momentumflux_input_conversion(k)  = rho_air_zw(k)
841        ELSEIF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'dynamic' ) THEN
842            heatflux_input_conversion(k)      = 1.0_wp / cp
843            waterflux_input_conversion(k)     = 1.0_wp / l_v
844            momentumflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
845        ENDIF
846
847        IF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'kinematic' )  THEN
848            heatflux_output_conversion(k)     = drho_air_zw(k)
849            waterflux_output_conversion(k)    = drho_air_zw(k)
850            momentumflux_output_conversion(k) = drho_air_zw(k)
851        ELSEIF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'dynamic' ) THEN
852            heatflux_output_conversion(k)     = cp
853            waterflux_output_conversion(k)    = l_v
854            momentumflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
855        ENDIF
856
857        IF ( .NOT. humidity ) THEN
858            waterflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
859            waterflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
860        ENDIF
861
862    ENDDO
863
864!
865!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
866!-- grid levels with respective density on each grid
867    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
868
869       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level) )
870       ALLOCATE( ddy2_mg(maximum_grid_level) )
871       ALLOCATE( dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
872       ALLOCATE( dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
873       ALLOCATE( f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
874       ALLOCATE( f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
875       ALLOCATE( f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
876       ALLOCATE( rho_air_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
877       ALLOCATE( rho_air_zw_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
878
879       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
880       rho_air_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air
881!       
882!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
883       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
884       rho_air_mg(nzb,maximum_grid_level) = rho_air(nzb) +                     &
885                                             (rho_air(nzb) - rho_air(nzb+1))
886
887       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
888       rho_air_zw_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air_zw
889       nzt_l = nzt
890       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
891           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
892           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
893           rho_air_mg(nzb,l)    = rho_air_mg(nzb,l+1) + (rho_air_mg(nzb,l+1) - rho_air_mg(nzb+1,l+1))
894           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))
895           rho_air_mg(nzb+1,l)    = rho_air_mg(nzb+1,l+1)
896           rho_air_zw_mg(nzb+1,l) = rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1)
897           nzt_l = nzt_l / 2
898           DO  k = 2, nzt_l+1
899              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
900              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
901              rho_air_mg(k,l)    = rho_air_mg(2*k-1,l+1)
902              rho_air_zw_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(2*k-1,l+1)
903           ENDDO
904       ENDDO
905
906       nzt_l = nzt
907       dx_l  = dx
908       dy_l  = dy
909       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
910          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
911          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
912          DO  k = nzb+1, nzt_l
913             f2_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k,l) / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
914             f3_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k-1,l) / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
915             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) &
916                          * rho_air_mg(k,l) + f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
917          ENDDO
918          nzt_l = nzt_l / 2
919          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
920          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
921       ENDDO
922
923    ENDIF
924
925!
926!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
927    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
928       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
929       w_subs = 0.0_wp
930    ENDIF
931
932!
933!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
934!-- are needed for radiation boundary conditions
935    IF ( outflow_l )  THEN
936       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
937                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
938                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
939    ENDIF
940    IF ( outflow_r )  THEN
941       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
942                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
943                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
944    ENDIF
945    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
946       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
947                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
948    ENDIF
949    IF ( outflow_s )  THEN
950       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
951                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
952                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
953    ENDIF
954    IF ( outflow_n )  THEN
955       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
956                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
957                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
958    ENDIF
959    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
960       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
961                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
962    ENDIF
963    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
964       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
965       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
966    ENDIF
967
968
969#if ! defined( __nopointer )
970!
971!-- Initial assignment of the pointers
972    IF ( .NOT. neutral )  THEN
973       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
974    ELSE
975       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
976    ENDIF
977    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
978    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
979    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
980
981    IF ( humidity )  THEN
982       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
983       IF ( humidity )  THEN
984          vpt  => vpt_1   
985          IF ( cloud_physics )  THEN
986             ql => ql_1
987             IF ( .NOT. microphysics_morrison )  THEN
988                qc => qc_1
989             ENDIF
990             IF ( microphysics_morrison )  THEN
991                qc => qc_1;  qc_p  => qc_2;  tqc_m  => qc_3
992                nc => nc_1;  nc_p  => nc_2;  tnc_m  => nc_3
993             ENDIF
994             IF ( microphysics_seifert )  THEN
995                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
996                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
997             ENDIF
998          ENDIF
999       ENDIF
1000       IF ( cloud_droplets )  THEN
1001          ql   => ql_1
1002          ql_c => ql_2
1003       ENDIF
1004    ENDIF
1005   
1006    IF ( passive_scalar )  THEN
1007       s => s_1;  s_p => s_2;  ts_m => s_3
1008    ENDIF   
1009
1010    IF ( ocean )  THEN
1011       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
1012    ENDIF
1013#endif
1014!
1015!-- Initialize arrays for turbulence closure
1016    CALL tcm_init_arrays
1017!
1018!-- Initialize surface arrays
1019    CALL init_surface_arrays
1020!
1021!-- Allocate land surface model arrays
1022    IF ( land_surface )  THEN
1023       CALL lsm_init_arrays
1024    ENDIF
1025
1026!
1027!-- Allocate wind turbine model arrays
1028    IF ( wind_turbine )  THEN
1029       CALL wtm_init_arrays
1030    ENDIF
1031   
1032!
1033!-- Initialize virtual flight measurements
1034    IF ( virtual_flight )  THEN
1035       CALL flight_init
1036    ENDIF
1037
1038!
1039!-- Read uv exposure input data
1040    IF ( uv_exposure )  THEN
1041       CALL uvem_init
1042    ENDIF
1043!
1044!-- Allocate uv exposure arrays
1045    IF ( uv_exposure )  THEN
1046       CALL uvem_init_arrays
1047    ENDIF
1048
1049!
1050!-- Initialize nudging if required
1051    IF ( nudging )  THEN
1052       CALL nudge_init
1053    ENDIF
1054
1055!
1056!-- Initialize reading of large scale forcing from external file - if required
1057    IF ( large_scale_forcing  .OR.  forcing )  THEN
1058       CALL lsf_init
1059    ENDIF
1060
1061!
1062!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
1063!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
1064!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
1065!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
1066!-- will be set.
1067    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
1068              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
1069    weight_substep = 1.0_wp
1070    weight_pres    = 1.0_wp
1071    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
1072       
1073    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1074
1075!
1076!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1077!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1078!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1079!-- are never initialized)
1080    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1081    sums_divold_l      = 0.0_wp
1082    sums_l_l           = 0.0_wp
1083    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
1084
1085
1086
1087!
1088!-- Initialize model variables
1089    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1090         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1091!
1092!--    Initialization with provided input data derived from larger-scale model
1093       IF ( INDEX( initializing_actions, 'inifor' ) /= 0 )  THEN
1094          CALL location_message( 'initializing with INIFOR', .FALSE. )
1095!
1096!--       Read initial 1D profiles from NetCDF file if available.
1097!--       At the moment, only u, v, w, pt and q are provided.
1098          CALL netcdf_data_input_init_3d
1099!
1100!--       Please note, at the moment INIFOR assumes only an equidistant vertical
1101!--       grid. In case of vertical grid stretching, input of inital data
1102!--       need to be inter- and/or extrapolated.
1103!--       Therefore, check if zu grid on file is identical to numeric zw grid.
1104!--       Please note 
1105          IF ( ANY( zu(1:nzt+1) /= init_3d%zu_atmos(1:init_3d%nzu) ) )  THEN
1106
1107             CALL netcdf_data_input_interpolate( init_3d%u_init(nzb+1:nzt+1),  &
1108                                                 zu(nzb+1:nzt+1),              &
1109                                                 init_3d%zu_atmos )
1110             CALL netcdf_data_input_interpolate( init_3d%v_init(nzb+1:nzt+1),  &
1111                                                 zu(nzb+1:nzt+1),              &
1112                                                 init_3d%zu_atmos )
1113!              CALL netcdf_data_input_interpolate( init_3d%w_init(nzb+1:nzt),    &
1114!                                                  zw(nzb+1:nzt),                &
1115!                                                  init_3d%zw_atmos )
1116             IF ( .NOT. neutral )                                              &
1117                CALL netcdf_data_input_interpolate(                            &
1118                                             init_3d%pt_init(nzb+1:nzt+1),     &
1119                                             zu(nzb+1:nzt+1),                  &
1120                                             init_3d%zu_atmos )
1121             IF ( humidity )                                                   &
1122                CALL netcdf_data_input_interpolate(                            &
1123                                             init_3d%q_init(nzb+1:nzt+1),      &
1124                                             zu(nzb+1:nzt+1),                  &
1125                                             init_3d%zu_atmos )
1126          ENDIF
1127
1128          u_init = init_3d%u_init
1129          v_init = init_3d%v_init   
1130          IF( .NOT. neutral )  pt_init = init_3d%pt_init
1131          IF( humidity      )  q_init  = init_3d%q_init
1132
1133!
1134!--       Please note, Inifor provides data from nzb+1 to nzt+1.
1135!--       Initialize pt and q with Neumann condition at nzb.
1136          IF( .NOT. neutral )  pt_init(nzb) = pt_init(nzb+1)
1137          IF( humidity      )  q_init(nzb)  = q_init(nzb+1)
1138          DO  i = nxlg, nxrg
1139             DO  j = nysg, nyng
1140                u(:,j,i) = u_init(:)
1141                v(:,j,i) = v_init(:)
1142                IF( .NOT. neutral )  pt(:,j,i) = pt_init(:)
1143                IF( humidity      )  q(:,j,i)  = q_init(:)
1144             ENDDO
1145          ENDDO
1146!
1147!--       MS: What about the geostrophic wind profiles? Actually these
1148!--           are not identical to the initial wind profiles in this case.
1149!--           This need to be further revised.
1150!           ug(:) = u_init(:)
1151!           vg(:) = v_init(:)
1152!
1153!--       Set inital w to 0
1154          w = 0.0_wp
1155!
1156!--       Initialize the remaining quantities
1157          IF ( humidity )  THEN
1158             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1159                DO  i = nxlg, nxrg
1160                   DO  j = nysg, nyng
1161                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1162                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1163                   ENDDO
1164                ENDDO
1165             ENDIF
1166
1167             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1168                DO  i = nxlg, nxrg
1169                   DO  j = nysg, nyng
1170                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1171                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
1172                   ENDDO
1173                ENDDO
1174             ENDIF
1175
1176          ENDIF
1177
1178          IF ( passive_scalar )  THEN
1179             DO  i = nxlg, nxrg
1180                DO  j = nysg, nyng
1181                   s(:,j,i) = s_init
1182                ENDDO
1183             ENDDO
1184          ENDIF
1185
1186          IF ( ocean )  THEN
1187             DO  i = nxlg, nxrg
1188                DO  j = nysg, nyng
1189                   sa(:,j,i) = sa_init
1190                ENDDO
1191             ENDDO
1192          ENDIF
1193
1194!
1195!--       Set velocity components at non-atmospheric / oceanic grid points to
1196!--       zero.
1197          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1198          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1199          w = MERGE( w, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 3 ) )
1200!
1201!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1202!--       fluxes, etc.
1203          CALL init_surfaces
1204
1205          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1206!
1207!--    Initialization via computed 1D-model profiles
1208       ELSEIF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
1209
1210          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
1211!
1212!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
1213!--       start 1D model
1214          CALL init_1d_model
1215!
1216!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
1217          DO  i = nxlg, nxrg
1218             DO  j = nysg, nyng
1219                pt(:,j,i) = pt_init
1220                u(:,j,i)  = u1d
1221                v(:,j,i)  = v1d
1222             ENDDO
1223          ENDDO
1224
1225          IF ( humidity )  THEN
1226             DO  i = nxlg, nxrg
1227                DO  j = nysg, nyng
1228                   q(:,j,i) = q_init
1229                ENDDO
1230             ENDDO
1231             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1232                DO  i = nxlg, nxrg
1233                   DO  j = nysg, nyng
1234                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1235                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1236                   ENDDO
1237                ENDDO
1238             ENDIF
1239             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1240                DO  i = nxlg, nxrg
1241                   DO  j = nysg, nyng
1242                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1243                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
1244                   ENDDO
1245                ENDDO
1246             ENDIF
1247          ENDIF
1248
1249          IF ( passive_scalar )  THEN
1250             DO  i = nxlg, nxrg
1251                DO  j = nysg, nyng
1252                   s(:,j,i) = s_init
1253                ENDDO
1254             ENDDO   
1255          ENDIF
1256!
1257!--          Store initial profiles for output purposes etc.
1258          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1259             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
1260          ENDIF
1261!
1262!--       Set velocities back to zero
1263          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1264          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )         
1265!
1266!--       WARNING: The extra boundary conditions set after running the
1267!--       -------  1D model impose an error on the divergence one layer
1268!--                below the topography; need to correct later
1269!--       ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
1270!--       ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
1271!--                  the topography.
1272          IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
1273!
1274!--          Neumann condition
1275             DO  i = nxl-1, nxr+1
1276                DO  j = nys-1, nyn+1
1277                   u(nzb,j,i) = u(nzb+1,j,i)
1278                   v(nzb,j,i) = v(nzb+1,j,i)
1279                ENDDO
1280             ENDDO
1281
1282          ENDIF
1283!
1284!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1285!--       fluxes, etc.
1286          CALL init_surfaces
1287
1288          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1289
1290       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
1291       THEN
1292
1293          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
1294!
1295!--       Overwrite initial profiles in case of synthetic turbulence generator
1296          IF( use_syn_turb_gen ) THEN
1297             CALL stg_init
1298          ENDIF
1299
1300!
1301!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
1302!--       temperature profile with constant gradient)
1303          DO  i = nxlg, nxrg
1304             DO  j = nysg, nyng
1305                pt(:,j,i) = pt_init
1306                u(:,j,i)  = u_init
1307                v(:,j,i)  = v_init
1308             ENDDO
1309          ENDDO
1310!
1311!--       Mask topography
1312          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1313          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1314!
1315!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
1316!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
1317!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
1318!--       in the limiting formula!).
1319!--       Please note, in case land- or urban-surface model is used and a
1320!--       spinup is applied, masking the lowest computational level is not
1321!--       possible as MOST as well as energy-balance parametrizations will not
1322!--       work with zero wind velocity.
1323          IF ( ibc_uv_b /= 1  .AND.  .NOT.  spinup )  THEN
1324             DO  i = nxlg, nxrg
1325                DO  j = nysg, nyng
1326                   DO  k = nzb, nzt
1327                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1328                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 20 ) )
1329                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1330                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 21 ) )
1331                   ENDDO
1332                ENDDO
1333             ENDDO
1334          ENDIF
1335
1336          IF ( humidity )  THEN
1337             DO  i = nxlg, nxrg
1338                DO  j = nysg, nyng
1339                   q(:,j,i) = q_init
1340                ENDDO
1341             ENDDO
1342             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1343                DO  i = nxlg, nxrg
1344                   DO  j = nysg, nyng
1345                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1346                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1347                   ENDDO
1348                ENDDO
1349             ENDIF
1350
1351             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1352                DO  i = nxlg, nxrg
1353                   DO  j = nysg, nyng
1354                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1355                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
1356                   ENDDO
1357                ENDDO
1358             ENDIF
1359
1360          ENDIF
1361         
1362          IF ( passive_scalar )  THEN
1363             DO  i = nxlg, nxrg
1364                DO  j = nysg, nyng
1365                   s(:,j,i) = s_init
1366                ENDDO
1367             ENDDO
1368          ENDIF
1369
1370          IF ( ocean )  THEN
1371             DO  i = nxlg, nxrg
1372                DO  j = nysg, nyng
1373                   sa(:,j,i) = sa_init
1374                ENDDO
1375             ENDDO
1376          ENDIF
1377!
1378!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
1379!--       of a sloping surface
1380          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1381!
1382!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1383!--       fluxes, etc.
1384          CALL init_surfaces
1385
1386          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1387
1388       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
1389       THEN
1390
1391          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
1392!
1393!--       Pre-initialize surface variables, i.e. setting start- and end-indices
1394!--       at each (j,i)-location. Please note, this does not supersede
1395!--       user-defined initialization of surface quantities.
1396          CALL init_surfaces
1397!
1398!--       Initialization will completely be done by the user
1399          CALL user_init_3d_model
1400
1401          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1402
1403       ENDIF
1404
1405       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
1406                              .FALSE. )
1407
1408!
1409!--    Bottom boundary
1410       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
1411          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
1412          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
1413       ENDIF
1414
1415!
1416!--    Apply channel flow boundary condition
1417       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
1418          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1419          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1420       ENDIF
1421
1422!
1423!--    Calculate virtual potential temperature
1424       IF ( humidity )  vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
1425
1426!
1427!--    Store initial profiles for output purposes etc.. Please note, in case of
1428!--    initialization of u, v, w, pt, and q via output data derived from larger
1429!--    scale models, data will not be horizontally homogeneous. Actually, a mean
1430!--    profile should be calculated before.   
1431       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1432       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1433       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
1434          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1435          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
1436       ENDIF
1437       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1438
1439
1440!
1441!--    Store initial salinity profile
1442       IF ( ocean )  THEN
1443          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1444       ENDIF
1445
1446       IF ( humidity )  THEN
1447!
1448!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1449!--       temperature
1450          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1451          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1452!
1453!--       Store initial profile of specific humidity and potential
1454!--       temperature
1455          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1456             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1457             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1458          ENDIF
1459       ENDIF
1460
1461!
1462!--    Store initial scalar profile
1463       IF ( passive_scalar )  THEN
1464          hom(:,1,121,:) = SPREAD(  s(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1465       ENDIF
1466
1467!
1468!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1469       CALL random_function_ini
1470       
1471       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
1472          CALL init_parallel_random_generator(nx, ny, nys, nyn, nxl, nxr)
1473       ENDIF
1474!
1475!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1476!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1477       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1478          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1479             ref_state(:) = pt_reference
1480          ELSE
1481             ref_state(:) = vpt_reference
1482          ENDIF
1483       ELSE
1484          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1485             ref_state(:) = pt_init(:)
1486          ELSE
1487             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1488          ENDIF
1489       ENDIF
1490
1491!
1492!--    For the moment, vertical velocity is zero
1493       w = 0.0_wp
1494
1495!
1496!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1497       sums = 0.0_wp
1498
1499!
1500!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1501       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
1502
1503!
1504!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1505!--    are zero at beginning of the simulation
1506       IF ( cloud_physics )  THEN
1507          ql = 0.0_wp
1508          qc = 0.0_wp
1509
1510          precipitation_amount = 0.0_wp
1511       ENDIF
1512!
1513!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1514       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1515          CALL init_rankine
1516       ENDIF
1517
1518!
1519!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
1520       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
1521          CALL init_pt_anomaly
1522       ENDIF
1523
1524!
1525!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1526       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1527          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1528       ENDIF
1529
1530!
1531!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1532!--    run
1533       IF ( humidity  .AND.  q_surface_initial_change /= 0.0_wp )              &
1534          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1535         
1536       IF ( passive_scalar .AND.  s_surface_initial_change /= 0.0_wp )         &
1537          s(nzb,:,:) = s(nzb,:,:) + s_surface_initial_change
1538       
1539
1540!
1541!--    Initialize old and new time levels.
1542       tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1543       pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1544
1545       IF ( humidity  )  THEN
1546          tq_m = 0.0_wp
1547          q_p = q
1548          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1549             tqc_m = 0.0_wp
1550             qc_p  = qc
1551             tnc_m = 0.0_wp
1552             nc_p  = nc
1553          ENDIF
1554          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1555             tqr_m = 0.0_wp
1556             qr_p  = qr
1557             tnr_m = 0.0_wp
1558             nr_p  = nr
1559          ENDIF
1560       ENDIF
1561       
1562       IF ( passive_scalar )  THEN
1563          ts_m = 0.0_wp
1564          s_p  = s
1565       ENDIF       
1566
1567       IF ( ocean )  THEN
1568          tsa_m = 0.0_wp
1569          sa_p  = sa
1570       ENDIF
1571       
1572       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1573
1574    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1575             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                   &
1576    THEN
1577
1578       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1579                              .FALSE. )
1580!
1581!--    Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1582!--    momentumfluxes, roughness, scaling parameters. As number of surface
1583!--    elements might be different between runs, e.g. in case of cyclic fill,
1584!--    and not all surface elements are read, surface elements need to be
1585!--    initialized before.     
1586       CALL init_surfaces
1587!
1588!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1589!--    some of the global variables from the restart file which are required
1590!--    for initializing the inflow
1591       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1592
1593          DO  i = 0, io_blocks-1
1594             IF ( i == io_group )  THEN
1595                CALL read_parts_of_var_list
1596                CALL close_file( 13 )
1597             ENDIF
1598#if defined( __parallel )
1599             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1600#endif
1601          ENDDO
1602
1603       ENDIF
1604
1605!
1606!--    Read binary data from restart file
1607       DO  i = 0, io_blocks-1
1608          IF ( i == io_group )  THEN
1609             CALL read_3d_binary
1610          ENDIF
1611#if defined( __parallel )
1612          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1613#endif
1614       ENDDO
1615
1616!
1617!--    In case of complex terrain and cyclic fill method as initialization,
1618!--    shift initial data in the vertical direction for each point in the
1619!--    x-y-plane depending on local surface height
1620       IF ( complex_terrain  .AND.                                             &
1621            TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1622          DO  i = nxlg, nxrg
1623             DO  j = nysg, nyng
1624                nz_u_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'u' )
1625                nz_v_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'v' )
1626                nz_w_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'w' )
1627                nz_s_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 's' )
1628
1629                u(nz_u_shift:nzt+1,j,i)  = u(0:nzt+1-nz_u_shift,j,i)               
1630
1631                v(nz_v_shift:nzt+1,j,i)  = v(0:nzt+1-nz_v_shift,j,i)
1632
1633                w(nz_w_shift:nzt+1,j,i)  = w(0:nzt+1-nz_w_shift,j,i)
1634
1635                p(nz_s_shift:nzt+1,j,i)  =  p(0:nzt+1-nz_s_shift,j,i)
1636                pt(nz_s_shift:nzt+1,j,i) = pt(0:nzt+1-nz_s_shift,j,i)
1637             ENDDO
1638          ENDDO
1639       ENDIF
1640
1641!
1642!--    Initialization of the turbulence recycling method
1643       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
1644            turbulent_inflow )  THEN
1645!
1646!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1647!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1648!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1649!--       for u,v-components can be used.
1650          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,7) )
1651
1652          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1653             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1654             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1655          ELSE
1656             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1657             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1658          ENDIF
1659          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1660          IF ( humidity )                                                      &
1661             mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)   ! q
1662          IF ( passive_scalar )                                                &
1663             mean_inflow_profiles(:,7) = hom_sum(:,115,0)   ! s
1664!
1665!--       In case of complex terrain, determine vertical displacement at inflow
1666!--       boundary and adjust mean inflow profiles
1667          IF ( complex_terrain )  THEN
1668             IF ( nxlg <= 0 .AND. nxrg >= 0 .AND. nysg <= 0 .AND. nyng >= 0 )  THEN
1669                nz_u_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'u' )
1670                nz_v_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'v' )
1671                nz_w_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'w' )
1672                nz_s_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 's' )
1673             ELSE
1674                nz_u_shift_l = 0
1675                nz_v_shift_l = 0
1676                nz_w_shift_l = 0
1677                nz_s_shift_l = 0
1678             ENDIF
1679
1680#if defined( __parallel )
1681             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_u_shift_l, nz_u_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1682                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1683             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_v_shift_l, nz_v_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1684                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1685             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_w_shift_l, nz_w_shift, 1, MPI_INTEGER,      & 
1686                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1687             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_s_shift_l, nz_s_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1688                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1689#else
1690             nz_u_shift = nz_u_shift_l
1691             nz_v_shift = nz_v_shift_l
1692             nz_w_shift = nz_w_shift_l
1693             nz_s_shift = nz_s_shift_l
1694#endif
1695
1696             mean_inflow_profiles(:,1) = 0.0_wp
1697             mean_inflow_profiles(nz_u_shift:nzt+1,1) = hom_sum(0:nzt+1-nz_u_shift,1,0)  ! u
1698
1699             mean_inflow_profiles(:,2) = 0.0_wp
1700             mean_inflow_profiles(nz_v_shift:nzt+1,2) = hom_sum(0:nzt+1-nz_v_shift,2,0)  ! v
1701
1702             mean_inflow_profiles(nz_s_shift:nzt+1,4) = hom_sum(0:nzt+1-nz_s_shift,4,0)  ! pt
1703
1704          ENDIF
1705
1706!
1707!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1708!--       profiles
1709          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1710             DO  i = nxlg, nxrg
1711                DO  j = nysg, nyng
1712                   DO  k = nzb, nzt+1
1713                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1714                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1715                   ENDDO
1716                ENDDO
1717             ENDDO
1718          ENDIF
1719
1720!
1721!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1722!--       conditions are used)
1723          IF ( inflow_l )  THEN
1724             DO  j = nysg, nyng
1725                DO  k = nzb, nzt+1
1726                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1727                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1728                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
1729                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1730                   IF ( humidity )                                             &
1731                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
1732                   IF ( passive_scalar )                                       &
1733                      s(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7)                     
1734                ENDDO
1735             ENDDO
1736          ENDIF
1737
1738!
1739!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1740!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1741!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1742!--       in time.
1743          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
1744!
1745!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1746!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1747!--          specified.
1748             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
1749                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1750             ELSE
1751                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1752                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
1753                     'calculated by the prerun is zero.'
1754                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1755             ENDIF
1756
1757          ENDIF
1758
1759          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
1760!
1761!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1762!--          layer
1763             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
1764
1765          ENDIF
1766
1767          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1768
1769          DO  k = nzb, nzt+1
1770
1771             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1772                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
1773             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1774                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
1775                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1776                                           inflow_damping_width
1777             ELSE
1778                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
1779             ENDIF
1780
1781          ENDDO
1782
1783       ENDIF
1784
1785!
1786!--    Inside buildings set velocities back to zero
1787       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
1788            topography /= 'flat' )  THEN
1789!
1790!--       Inside buildings set velocities back to zero.
1791!--       Other scalars (pt, q, s, p, sa, ...) are ignored at present,
1792!--       maybe revise later.
1793          DO  i = nxlg, nxrg
1794             DO  j = nysg, nyng
1795                DO  k = nzb, nzt
1796                   u(k,j,i)     = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1797                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1798                   v(k,j,i)     = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1799                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1800                   w(k,j,i)     = MERGE( w(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1801                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1802                   tu_m(k,j,i)  = MERGE( tu_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1803                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1804                   tv_m(k,j,i)  = MERGE( tv_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1805                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1806                   tw_m(k,j,i)  = MERGE( tw_m(k,j,i), 0.0_wp,                  &
1807                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1808                   tpt_m(k,j,i) = MERGE( tpt_m(k,j,i), 0.0_wp,                 &
1809                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )
1810                ENDDO
1811             ENDDO
1812          ENDDO
1813
1814       ENDIF
1815
1816!
1817!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1818!--    of a sloping surface
1819       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1820
1821!
1822!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1823!--    including ghost points)
1824       pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1825       IF ( humidity )  THEN
1826          q_p = q
1827          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1828             qc_p = qc
1829             nc_p = nc
1830          ENDIF
1831          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1832             qr_p = qr
1833             nr_p = nr
1834          ENDIF
1835       ENDIF
1836       IF ( passive_scalar )  s_p  = s
1837       IF ( ocean          )  sa_p = sa
1838
1839!
1840!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1841!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1842!--    there before they are set.
1843       tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1844       IF ( humidity )  THEN
1845          tq_m = 0.0_wp
1846          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1847             tqc_m = 0.0_wp
1848             tnc_m = 0.0_wp
1849          ENDIF
1850          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1851             tqr_m = 0.0_wp
1852             tnr_m = 0.0_wp
1853          ENDIF
1854       ENDIF
1855       IF ( passive_scalar )  ts_m  = 0.0_wp
1856       IF ( ocean          )  tsa_m = 0.0_wp
1857!
1858!--    Initialize synthetic turbulence generator in case of restart.
1859       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .AND.         &
1860            use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1861
1862       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1863
1864    ELSE
1865!
1866!--    Actually this part of the programm should not be reached
1867       message_string = 'unknown initializing problem'
1868       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1869    ENDIF
1870
1871!
1872!-- Initialize TKE, Kh and Km
1873    CALL tcm_init
1874
1875
1876    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1877!
1878!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1879       IF ( outflow_l )  THEN
1880          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1881          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1882          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1883       ENDIF
1884       IF ( outflow_r )  THEN
1885          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1886          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1887          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1888       ENDIF
1889       IF ( outflow_s )  THEN
1890          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1891          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1892          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1893       ENDIF
1894       IF ( outflow_n )  THEN
1895          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1896          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1897          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1898       ENDIF
1899       
1900    ENDIF
1901
1902!
1903!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1904    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1905
1906       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1907
1908          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1909          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1910
1911          IF ( nxr == nx )  THEN
1912             DO  j = nys, nyn
1913                DO  k = nzb+1, nzt
1914                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1915                                              u_init(k) * dzw(k)               &
1916                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1917                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1918                                            )
1919
1920                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1921                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1922                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1923                                            )
1924                ENDDO
1925             ENDDO
1926          ENDIF
1927         
1928          IF ( nyn == ny )  THEN
1929             DO  i = nxl, nxr
1930                DO  k = nzb+1, nzt
1931                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1932                                              v_init(k) * dzw(k)               &       
1933                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1934                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1935                                            )
1936                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1937                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1938                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1939                                            )
1940                ENDDO
1941             ENDDO
1942          ENDIF
1943
1944#if defined( __parallel )
1945          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1946                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1947          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1948                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1949
1950#else
1951          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1952          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1953#endif 
1954
1955       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1956
1957          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1958          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1959
1960          IF ( nxr == nx )  THEN
1961             DO  j = nys, nyn
1962                DO  k = nzb+1, nzt
1963                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1964                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)          &
1965                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1966                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1967                                            )
1968                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1969                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1970                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1971                                            )
1972                ENDDO
1973             ENDDO
1974          ENDIF
1975         
1976          IF ( nyn == ny )  THEN
1977             DO  i = nxl, nxr
1978                DO  k = nzb+1, nzt
1979                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1980                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)          &       
1981                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1982                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1983                                            )
1984                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1985                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1986                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1987                                            )
1988                ENDDO
1989             ENDDO
1990          ENDIF
1991
1992#if defined( __parallel )
1993          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1994                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1995          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1996                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1997
1998#else
1999          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
2000          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
2001#endif 
2002
2003       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
2004
2005          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
2006          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
2007
2008          IF ( nxr == nx )  THEN
2009             DO  j = nys, nyn
2010                DO  k = nzb+1, nzt
2011                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
2012                                              u(k,j,nx) * dzw(k)               &
2013                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2014                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
2015                                            )
2016                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
2017                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2018                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
2019                                            )
2020                ENDDO
2021             ENDDO
2022          ENDIF
2023         
2024          IF ( nyn == ny )  THEN
2025             DO  i = nxl, nxr
2026                DO  k = nzb+1, nzt
2027                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
2028                                              v(k,ny,i) * dzw(k)               &       
2029                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2030                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2031                                            )
2032                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
2033                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2034                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2035                                            )
2036                ENDDO
2037             ENDDO
2038          ENDIF
2039
2040#if defined( __parallel )
2041          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
2042                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2043          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
2044                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2045
2046#else
2047          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
2048          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
2049#endif 
2050
2051       ENDIF
2052
2053!
2054!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
2055!--    from u|v_bulk instead
2056       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
2057          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
2058          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
2059       ENDIF
2060
2061    ENDIF
2062!
2063!-- Finally, if random_heatflux is set, disturb shf at horizontal
2064!-- surfaces. Actually, this should be done in surface_mod, where all other
2065!-- initializations of surface quantities are done. However, this
2066!-- would create a ring dependency, hence, it is done here. Maybe delete
2067!-- disturb_heatflux and tranfer the respective code directly into the
2068!-- initialization in surface_mod.         
2069    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
2070         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
2071 
2072       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux  .AND.                &
2073            random_heatflux )  THEN
2074          IF ( surf_def_h(0)%ns >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_def_h(0) )
2075          IF ( surf_lsm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_lsm_h    )
2076          IF ( surf_usm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_usm_h    )
2077       ENDIF
2078    ENDIF
2079
2080!
2081!-- Before initializing further modules, compute total sum of active mask
2082!-- grid points and the mean surface level height for each statistic region.
2083!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
2084!--          total domain
2085!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
2086    ngp_2dh_outer_l   = 0
2087    ngp_2dh_outer     = 0
2088    ngp_2dh_s_inner_l = 0
2089    ngp_2dh_s_inner   = 0
2090    ngp_2dh_l         = 0
2091    ngp_2dh           = 0
2092    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
2093    ngp_3d_inner      = 0
2094    ngp_3d            = 0
2095    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
2096
2097    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
2098    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
2099!
2100!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
2101!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
2102!-- would bias the statistics
2103    rmask = 1.0_wp
2104    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
2105    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
2106
2107!
2108!-- To do: New concept for these non-topography grid points!
2109    DO  sr = 0, statistic_regions
2110       DO  i = nxl, nxr
2111          DO  j = nys, nyn
2112             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
2113!
2114!--             All xy-grid points
2115                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
2116!
2117!--             Determine mean surface-level height. In case of downward-
2118!--             facing walls are present, more than one surface level exist.
2119!--             In this case, use the lowest surface-level height.
2120                IF ( surf_def_h(0)%start_index(j,i) <=                         &
2121                     surf_def_h(0)%end_index(j,i) )  THEN
2122                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
2123                   k = surf_def_h(0)%k(m)
2124                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2125                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2126                ENDIF
2127                IF ( surf_lsm_h%start_index(j,i) <=                            &
2128                     surf_lsm_h%end_index(j,i) )  THEN
2129                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
2130                   k = surf_lsm_h%k(m)
2131                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2132                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2133                ENDIF
2134                IF ( surf_usm_h%start_index(j,i) <=                            &
2135                     surf_usm_h%end_index(j,i) )  THEN
2136                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
2137                   k = surf_usm_h%k(m)
2138                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2139                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2140                ENDIF
2141
2142                k_surf = k - 1
2143
2144                DO  k = nzb, nzt+1
2145!
2146!--                xy-grid points above topography
2147                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr)     +         &
2148                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 24 ) )
2149
2150                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) +         &
2151                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 22 ) )
2152
2153                ENDDO
2154!
2155!--             All grid points of the total domain above topography
2156                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + ( nz - k_surf + 2 )
2157
2158
2159
2160             ENDIF
2161          ENDDO
2162       ENDDO
2163    ENDDO
2164
2165    sr = statistic_regions + 1
2166#if defined( __parallel )
2167    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2168    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
2169                        comm2d, ierr )
2170    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2171    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
2172                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2173    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2174    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
2175                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2176    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2177    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
2178                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2179    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2180    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2181    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
2182                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
2183                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2184    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
2185#else
2186    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
2187    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
2188    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
2189    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2190    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
2191#endif
2192
2193    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
2194             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2195
2196!
2197!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
2198!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
2199!-- the respective subdomain lie below the surface topography
2200    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
2201    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
2202                           ngp_3d_inner(:) )
2203    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
2204
2205    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
2206                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
2207
2208!
2209!-- Initialize surface forcing corresponding to large-scale forcing. Therein,
2210!-- initialize heat-fluxes, etc. via datatype. Revise it later!
2211    IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
2212       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux )  THEN
2213          CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
2214       ENDIF
2215    ENDIF
2216!
2217!-- Initialize quantities for special advections schemes
2218    CALL init_advec
2219
2220!
2221!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
2222!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
2223    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
2224         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
2225         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
2226
2227       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
2228       CALL disturb_field( 'u', tend, u )
2229       CALL disturb_field( 'v', tend, v )
2230       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2231
2232       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
2233       n_sor = nsor_ini
2234       CALL pres
2235       n_sor = nsor
2236       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2237
2238    ENDIF
2239
2240!
2241!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
2242    IF ( plant_canopy )  THEN
2243       CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )   
2244       CALL pcm_init
2245       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2246    ENDIF
2247
2248!
2249!-- If required, initialize dvrp-software
2250    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
2251
2252    IF ( ocean )  THEN
2253!
2254!--    Initialize quantities needed for the ocean model
2255       CALL init_ocean
2256
2257    ELSE
2258!
2259!--    Initialize quantities for handling cloud physics
2260!--    This routine must be called before lpm_init, because
2261!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
2262!--    lpm_init) is not defined.
2263       CALL init_cloud_physics
2264!
2265!--    Initialize bulk cloud microphysics
2266       CALL microphysics_init
2267    ENDIF
2268
2269!
2270!-- If required, initialize particles
2271    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
2272
2273!
2274!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
2275    IF ( land_surface )  THEN
2276       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
2277       CALL lsm_init
2278       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2279    ENDIF
2280
2281!
2282!-- If required, allocate USM and LSM surfaces
2283    IF ( urban_surface )  THEN
2284       CALL location_message( 'initializing and allocating urban surfaces', .FALSE. )
2285       CALL usm_allocate_surface
2286       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2287    ENDIF
2288!
2289!-- If required, initialize urban surface model
2290    IF ( urban_surface )  THEN
2291       CALL location_message( 'initializing urban surface model', .FALSE. )
2292       CALL usm_init_urban_surface
2293       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2294    ENDIF
2295
2296!
2297!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
2298!-- for initialization
2299    IF ( constant_flux_layer )  THEN
2300       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
2301       CALL init_surface_layer_fluxes
2302       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2303    ENDIF
2304
2305!
2306!-- If required, set chemical emissions
2307!-- (todo(FK): This should later on be CALLed time-dependently in init_3d_model)
2308    IF ( air_chemistry ) THEN
2309       CALL chem_emissions
2310    ENDIF
2311
2312!
2313!-- Initialize radiation processes
2314    IF ( radiation )  THEN
2315!
2316!--    If required, initialize radiation interactions between surfaces
2317!--    via sky-view factors. This must be done befoe radiation is initialized.
2318       IF ( radiation_interactions )  CALL radiation_interaction_init
2319
2320!
2321!--    Initialize radiation model
2322       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
2323       CALL radiation_init
2324       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2325
2326!
2327!--    If required, read or calculate and write out the SVF
2328       IF ( radiation_interactions  .AND.  read_svf_on_init )  THEN
2329!
2330!--       Read sky-view factors and further required data from file
2331          CALL location_message( '    Start reading SVF from file', .FALSE. )
2332          CALL radiation_read_svf()
2333          CALL location_message( '    Reading SVF from file has finished', .TRUE. )
2334
2335       ELSEIF ( radiation_interactions )  THEN
2336!
2337!--       calculate SFV and CSF
2338          CALL location_message( '    Start calculation of SVF', .FALSE. )
2339          CALL radiation_calc_svf()
2340          CALL location_message( '    Calculation of SVF has finished', .TRUE. )
2341       ENDIF
2342
2343       IF ( radiation_interactions  .AND.  write_svf_on_init )  THEN
2344!
2345!--       Write svf, csf svfsurf and csfsurf data to file
2346          CALL radiation_write_svf()
2347       ENDIF
2348
2349!
2350!--    Adjust radiative fluxes. In case of urban and land surfaces, also
2351!--    call an initial interaction.
2352       CALL radiation_control
2353       IF ( radiation_interactions )  THEN
2354          CALL radiation_interaction
2355       ENDIF
2356    ENDIF
2357   
2358!
2359!-- Temporary solution to add LSM and radiation time series to the default
2360!-- output
2361    IF ( land_surface  .OR.  radiation )  THEN
2362       IF ( TRIM( radiation_scheme ) == 'rrtmg' )  THEN
2363          dots_num = dots_num + 15
2364       ELSE
2365          dots_num = dots_num + 11
2366       ENDIF
2367    ENDIF
2368   
2369
2370
2371!
2372!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
2373    IF ( wind_turbine )  THEN
2374       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
2375       CALL wtm_init
2376       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2377    ENDIF
2378
2379
2380!
2381!-- Initialize the ws-scheme.   
2382    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
2383
2384!
2385!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
2386!-- and turbulent quantities from the RK substeps
2387    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
2388
2389       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
2390       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
2391       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
2392
2393       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
2394       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
2395       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
2396
2397    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
2398
2399       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
2400       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
2401         
2402       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
2403       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
2404
2405    ELSE                                     ! for Euler-method
2406
2407       weight_substep(1) = 1.0_wp     
2408       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
2409
2410    ENDIF
2411
2412!
2413!-- Initialize Rayleigh damping factors
2414    rdf    = 0.0_wp
2415    rdf_sc = 0.0_wp
2416    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
2417       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
2418          DO  k = nzb+1, nzt
2419             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
2420                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2421                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
2422                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
2423                      )**2
2424             ENDIF
2425          ENDDO
2426       ELSE
2427          DO  k = nzt, nzb+1, -1
2428             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
2429                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2430                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
2431                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
2432                      )**2
2433             ENDIF
2434          ENDDO
2435       ENDIF
2436    ENDIF
2437    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
2438
2439!
2440!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
2441!-- the external pressure gradient
2442    dp_smooth_factor = 1.0_wp
2443    IF ( dp_external )  THEN
2444!
2445!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
2446!--    (e.g. in init_grid).
2447       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
2448          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
2449          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb
2450                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
2451       ENDIF
2452       IF ( dp_smooth )  THEN
2453          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
2454          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
2455             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
2456                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
2457                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
2458          ENDDO
2459       ENDIF
2460    ENDIF
2461
2462!
2463!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
2464!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
2465!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
2466    ptdf_x = 0.0_wp
2467    ptdf_y = 0.0_wp
2468    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
2469       DO  i = nxl, nxr
2470          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
2471             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
2472                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
2473                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
2474          ENDIF
2475       ENDDO
2476    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
2477       DO  i = nxl, nxr
2478          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
2479             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
2480                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2481                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
2482                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2483          ENDIF
2484       ENDDO
2485    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
2486       DO  j = nys, nyn
2487          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
2488             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2489                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2490                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
2491                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2492          ENDIF
2493       ENDDO
2494    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
2495       DO  j = nys, nyn
2496          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
2497             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2498                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2499                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
2500                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2501          ENDIF
2502       ENDDO
2503    ENDIF
2504
2505!
2506!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
2507!-- of allowed timeseries is exceeded
2508    CALL user_init
2509
2510    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
2511       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
2512                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
2513                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
2514       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
2515    ENDIF
2516
2517!
2518!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
2519!-- after call of user_init!
2520    CALL close_file( 13 )
2521
2522    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
2523
2524 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.