source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 3035

Last change on this file since 3035 was 3035, checked in by schwenkel, 4 years ago

Add option to initialize warm air bubble close to surface

  • 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: 98.5 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 3035 2018-05-24 09:35:20Z schwenkel $
27! Add option to initialize warm air bubble close to surface
28!
29! 3014 2018-05-09 08:42:38Z maronga
30! Bugfix: initialization of ts_value missing
31!
32! 3011 2018-05-07 14:38:42Z schwenkel
33! removed redundant if statement
34!
35! 3004 2018-04-27 12:33:25Z Giersch
36! precipitation_rate removed
37!
38! 2995 2018-04-19 12:13:16Z Giersch
39! CALL radiation_control is not necessary during initialization because
40! calculation of radiative fluxes at model start is done in radiation_init
41! in any case
42!
43! 2977 2018-04-17 10:27:57Z kanani
44! Implement changes from branch radiation (r2948-2971) with minor modifications
45! (moh.hefny):
46! - set radiation_interactions according to the existence of urban/land vertical
47!   surfaces and trees to activiate RTM
48! - set average_radiation to TRUE if RTM is activiated
49!
50! 2938 2018-03-27 15:52:42Z suehring
51! - Revise Inifor initialization for geostrophic wind components
52! - Initialize synthetic turbulence generator in case of Inifor initialization 
53!
54! 2936 2018-03-27 14:49:27Z suehring
55! Synchronize parent and child models after initialization.
56! Remove obsolete masking of topography grid points for Runge-Kutta weighted
57! tendency arrays.
58!
59! 2920 2018-03-22 11:22:01Z kanani
60! Add call for precalculating apparent solar positions (moh.hefny)
61!
62! 2906 2018-03-19 08:56:40Z Giersch
63! The variables read/write_svf_on_init have been removed. Instead ENVIRONMENT
64! variables read/write_svf have been introduced. Location_message has been
65! added.
66!
67! 2894 2018-03-15 09:17:58Z Giersch
68! Renamed routines with respect to reading restart data, file 13 is closed in
69! rrd_read_parts_of_global now
70!
71! 2867 2018-03-09 09:40:23Z suehring
72! Further bugfix concerning call of user_init.
73!
74! 2864 2018-03-08 11:57:45Z suehring
75! Bugfix, move call of user_init in front of initialization of grid-point
76! arrays
77!
78! 2817 2018-02-19 16:32:21Z knoop
79! Preliminary gust module interface implemented
80!
81! 2776 2018-01-31 10:44:42Z Giersch
82! Variable use_synthetic_turbulence_generator has been abbreviated
83!
84! 2766 2018-01-22 17:17:47Z kanani
85! Removed preprocessor directive __chem
86!
87! 2758 2018-01-17 12:55:21Z suehring
88! In case of spinup of land- and urban-surface model, do not mask wind velocity
89! at first computational grid level
90!
91! 2746 2018-01-15 12:06:04Z suehring
92! Move flag plant canopy to modules
93!
94! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
95! Corrected "Former revisions" section
96!
97! 2705 2017-12-18 11:26:23Z maronga
98! Bugfix for reading initial profiles from ls/nuding file
99!
100! 2701 2017-12-15 15:40:50Z suehring
101! Changes from last commit documented
102!
103! 2700 2017-12-15 14:12:35Z suehring
104! Bugfix, missing initialization of surface attributes in case of
105! inifor-initialization branch
106!
107! 2698 2017-12-14 18:46:24Z suehring
108! Bugfix in get_topography_top_index
109!
110! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
111! Change in file header (GPL part)
112! Implementation of uv exposure model (FK)
113! Moved initialisation of diss, e, kh, km to turbulence_closure_mod (TG)
114! Added chemical emissions (FK)
115! Initialize masking arrays and number-of-grid-points arrays before initialize
116! LSM, USM and radiation module
117! Initialization with inifor (MS)
118!
119! 2618 2017-11-16 15:37:30Z suehring
120! Reorder calls of init_surfaces.
121!
122! 2564 2017-10-19 15:56:56Z Giersch
123! Variable wind_turbine was added to control_parameters.
124!
125! 2550 2017-10-16 17:12:01Z boeske
126! Modifications to cyclic fill method and turbulence recycling method in case of
127! complex terrain simulations
128!
129! 2513 2017-10-04 09:24:39Z kanani
130! Bugfix in storing initial scalar profile (wrong index)
131!
132! 2350 2017-08-15 11:48:26Z kanani
133! Bugfix in nopointer version
134!
135! 2339 2017-08-07 13:55:26Z gronemeier
136! corrected timestamp in header
137!
138! 2338 2017-08-07 12:15:38Z gronemeier
139! Modularize 1D model
140!
141! 2329 2017-08-03 14:24:56Z knoop
142! Removed temporary bugfix (r2327) as bug is properly resolved by this revision
143!
144! 2327 2017-08-02 07:40:57Z maronga
145! Temporary bugfix
146!
147! 2320 2017-07-21 12:47:43Z suehring
148! Modularize large-scale forcing and nudging
149!
150! 2292 2017-06-20 09:51:42Z schwenkel
151! Implementation of new microphysic scheme: cloud_scheme = 'morrison'
152! includes two more prognostic equations for cloud drop concentration (nc) 
153! and cloud water content (qc).
154!
155! 2277 2017-06-12 10:47:51Z kanani
156! Removed unused variable sums_up_fraction_l
157!
158! 2270 2017-06-09 12:18:47Z maronga
159! dots_num must be increased when LSM and/or radiation is used
160!
161! 2259 2017-06-08 09:09:11Z gronemeier
162! Implemented synthetic turbulence generator
163!
164! 2252 2017-06-07 09:35:37Z knoop
165! rho_air now depending on surface_pressure even in Boussinesq mode
166!
167! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
168!
169! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
170! Adjustments to new topography and surface concept:
171!   - Modify passed parameters for disturb_field
172!   - Topography representation via flags
173!   - Remove unused arrays.
174!   - Move initialization of surface-related quantities to surface_mod
175!
176! 2172 2017-03-08 15:55:25Z knoop
177! Bugfix: moved parallel random generator initialization into its module
178!
179! 2118 2017-01-17 16:38:49Z raasch
180! OpenACC directives removed
181!
182! 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop
183! Anelastic approximation implemented
184!
185! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
186! renamed variable rho to rho_ocean
187!
188! 2011 2016-09-19 17:29:57Z kanani
189! Flag urban_surface is now defined in module control_parameters.
190!
191! 2007 2016-08-24 15:47:17Z kanani
192! Added support for urban surface model,
193! adjusted location_message in case of plant_canopy
194!
195! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
196! Forced header and separation lines into 80 columns
197!
198! 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring
199! Initializaton of scalarflux at model top
200! Bugfixes in initialization of surface and top salinity flux, top scalar and
201! humidity fluxes
202!
203! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
204! Separate humidity and passive scalar
205! Increase dimension for mean_inflow_profiles
206! Remove inadvertent write-statement
207! Bugfix, large-scale forcing is still not implemented for passive scalars
208!
209! 1957 2016-07-07 10:43:48Z suehring
210! flight module added
211!
212! 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring
213! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
214! calculation of Obukhov length
215!
216! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
217! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
218! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
219!         routine because otherwise results from pres are overwritten
220!
221! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
222! Added initialization of the wind turbine model
223!
224! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
225! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
226!
227! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
228! Adapted for modularization of microphysics.
229! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
230! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
231! microphysics_init.
232!
233! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
234! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
235!
236! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
237! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
238!
239! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
240! turbulence renamed collision_turbulence
241!
242! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
243! Renamed radiation calls.
244! Renamed canopy model calls.
245!
246! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
247! icloud_scheme replaced by microphysics_*
248!
249! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
250! Renamed lsm calls.
251!
252! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
253! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
254! in r1762)
255!
256! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
257! Added z0q.
258! Syntax layout improved.
259!
260! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
261! netcdf module name changed + related changes
262!
263! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
264! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
265!
266! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
267! Introduction of nested domain feature
268!
269! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
270! calculate mean surface level height for each statistic region
271!
272! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
273! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
274! set zero
275!
276! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
277! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
278! devision by zero in neutral stratification
279!
280! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
281! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
282!
283! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
284! Code annotations made doxygen readable
285!
286! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
287! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
288!
289! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
290! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
291!
292! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
293! adjustments for psolver-queries
294!
295! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
296! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
297! which is part of land_surface_model.
298!
299! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
300! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
301!
302! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
303! Added initialization of the land surface and radiation schemes
304!
305! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
306! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
307! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
308! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
309! call of subroutine init_plant_canopy added.
310!
311! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
312! var_d added, in order to normalize spectra.
313!
314! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
315! Ensemble run capability added to parallel random number generator
316!
317! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
318! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
319! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
320!
321! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
322! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
323! no-slip boundary condition for uv
324!
325! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
326! location messages modified
327!
328! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
329! Parallel random number generator added
330!
331! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
332! location messages added
333!
334! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
335! tend_* removed
336! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
337!
338! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
339! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
340! module
341!
342! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
343! REAL constants provided with KIND-attribute
344!
345! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
346! REAL constants defined as wp-kind
347!
348! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
349! REAL constants defined as wp-kind
350! module interfaces removed
351!
352! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
353! ONLY-attribute added to USE-statements,
354! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
355! kinds are defined in new module kinds,
356! revision history before 2012 removed,
357! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
358! all variable declaration statements
359!
360! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
361! Bugfix: allocation of w_subs
362!
363! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
364! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
365! with large scale forcing data (LSF_DATA)
366!
367! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
368! Overwrite initial profiles in case of nudging
369! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
370!
371! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
372! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
373! copy
374!
375! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
376! array tri is allocated and included in data copy statement
377!
378! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
379! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
380!
381! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
382! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
383!
384! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
385! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
386!
387! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
388! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
389!
390! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
391! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
392! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
393!
394! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
395! unused variables removed
396!
397! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
398! openACC directive modified
399!
400! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
401! openACC directives added for pres
402! array diss allocated only if required
403!
404! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
405! unused variables removed
406!
407! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
408! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
409!
410! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
411! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
412! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
413! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
414! +tend_*, prr
415!
416! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
417! code put under GPL (PALM 3.9)
418!
419! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
420! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
421!
422! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
423! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
424!
425! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
426! mask is set to zero for ghost boundaries
427!
428! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
429! cpp switch __nopointer added for pointer free version
430!
431! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
432! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
433!
434! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
435! all actions concerning leapfrog scheme removed
436!
437! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
438! little reformatting
439!
440! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
441! outflow damping layer removed
442! roughness length for scalar quantites z0h added
443! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
444! boundaries added
445! initialization of ptdf_x, ptdf_y
446! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
447!
448! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
449! init_particles renamed lpm_init
450!
451! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
452! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
453!
454! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
455! Initial revision
456!
457!
458! Description:
459! ------------
460!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
461!> a) pre-run the 1D model
462!> or
463!> b) pre-set constant linear profiles
464!> or
465!> c) read values of a previous run
466!------------------------------------------------------------------------------!
467 SUBROUTINE init_3d_model
468 
469
470    USE advec_ws
471
472    USE arrays_3d
473
474    USE chemistry_model_mod,                                                   &
475        ONLY:  chem_emissions
476
477    USE cloud_parameters,                                                      &
478        ONLY:  cp, l_v, r_d
479
480    USE constants,                                                             &
481        ONLY:  pi
482   
483    USE control_parameters
484   
485    USE flight_mod,                                                            &
486        ONLY:  flight_init
487   
488    USE grid_variables,                                                        &
489        ONLY:  dx, dy, ddx2_mg, ddy2_mg
490
491    USE gust_mod,                                                              &
492        ONLY:  gust_init, gust_init_arrays, gust_module_enabled
493   
494    USE indices
495
496    USE lpm_init_mod,                                                          &
497        ONLY:  lpm_init
498   
499    USE kinds
500
501    USE land_surface_model_mod,                                                &
502        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays
503 
504    USE lsf_nudging_mod,                                                       &
505        ONLY:  lsf_init, ls_forcing_surf, nudge_init
506
507    USE microphysics_mod,                                                      &
508        ONLY:  collision_turbulence, microphysics_init
509
510    USE model_1d_mod,                                                          &
511        ONLY:  e1d, init_1d_model, kh1d, km1d, l1d, rif1d, u1d, us1d, usws1d,  &
512               v1d, vsws1d
513
514    USE netcdf_interface,                                                      &
515        ONLY:  dots_max, dots_num, dots_unit, dots_label
516
517    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
518        ONLY:  init_3d, netcdf_data_input_interpolate, netcdf_data_input_init_3d
519   
520    USE particle_attributes,                                                   &
521        ONLY:  particle_advection, use_sgs_for_particles, wang_kernel
522   
523    USE pegrid
524   
525    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
526        ONLY:  pcm_init
527
528    USE pmc_interface,                                                         &
529        ONLY:  nested_run
530
531    USE radiation_model_mod,                                                   &
532        ONLY:  average_radiation,                                              &
533               radiation_init, radiation, radiation_scheme,                    &
534               radiation_calc_svf, radiation_write_svf,                        &
535               radiation_interaction, radiation_interactions,                  &
536               radiation_interaction_init, radiation_read_svf,                 &
537               radiation_presimulate_solar_pos, radiation_interactions_on
538   
539    USE random_function_mod
540   
541    USE random_generator_parallel,                                             &
542        ONLY:  init_parallel_random_generator
543
544    USE read_restart_data_mod,                                                 &
545        ONLY:  rrd_read_parts_of_global, rrd_local                                     
546   
547    USE statistics,                                                            &
548        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
549               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
550               sums_l_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,                             &
551               weight_pres, weight_substep
552
553    USE synthetic_turbulence_generator_mod,                                    &
554        ONLY:  stg_init, use_syn_turb_gen
555
556    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
557        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
558
559    USE surface_mod,                                                           &
560        ONLY :  init_surface_arrays, init_surfaces, surf_def_h, surf_lsm_h,    &
561                surf_usm_h, get_topography_top_index_ji, vertical_surfaces_exist
562   
563    USE transpose_indices
564
565    USE turbulence_closure_mod,                                                &
566        ONLY:  tcm_init_arrays, tcm_init
567
568    USE urban_surface_mod,                                                     &
569        ONLY:  usm_init_urban_surface, usm_allocate_surface
570
571    USE uv_exposure_model_mod,                                                 &
572        ONLY:  uvem_init, uvem_init_arrays
573
574    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
575        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays
576
577    IMPLICIT NONE
578
579    INTEGER(iwp) ::  i             !<
580    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
581    INTEGER(iwp) ::  j             !<
582    INTEGER(iwp) ::  k             !<
583    INTEGER(iwp) ::  k_surf        !< surface level index
584    INTEGER(iwp) ::  m             !< index of surface element in surface data type
585    INTEGER(iwp) ::  sr            !< index of statistic region
586
587    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
588
589    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
590    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
591
592    REAL(wp)     ::  t_surface !< air temperature at the surface
593
594    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  p_hydrostatic !< hydrostatic pressure
595
596    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
597    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
598    REAL(wp) ::  dx_l !< grid spacing along x on different multigrid level
599    REAL(wp) ::  dy_l !< grid spacing along y on different multigrid level
600
601    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
602    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
603
604    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
605    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
606    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
607
608    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift   !<
609    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift   !<
610    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift   !<
611    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift   !<
612    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift_l !<
613    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift_l !<
614    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift_l !<
615    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift_l !<
616
617    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
618!
619!-- Allocate arrays
620    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
621              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
622              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
623              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
624              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
625              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
626              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
627              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
628              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
629    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
630    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
631              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
632              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
633              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
634              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
635              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
636              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
637              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
638              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
639              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
640    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
641
642    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
643              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
644              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
645
646#if defined( __nopointer )
647    ALLOCATE( pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
648              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
649              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
650              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
651              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
652              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
653              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
654              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
655              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
656              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
657              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
658              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
659#else
660    ALLOCATE( pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
661              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
662              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
663              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
664              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
665              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
666              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
667              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
668              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
669              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
670              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
671    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
672       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
673    ENDIF
674#endif
675
676!
677!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
678!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
679!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
680!-- solver.
681    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
682       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
683    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
684!
685!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
686       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
687    ENDIF
688
689!
690!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
691    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
692       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
693       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
694    ENDIF
695
696    IF ( humidity )  THEN
697!
698!--    3D-humidity
699#if defined( __nopointer )
700       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
701                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
702                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
703                 vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
704#else
705       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
706                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
707                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
708                 vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ) 
709#endif
710
711       IF ( cloud_physics )  THEN
712!
713!--          Liquid water content
714#if defined( __nopointer )
715          ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
716#else
717          ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
718#endif
719
720!
721!--       3D-cloud water content
722          IF ( .NOT. microphysics_morrison )  THEN
723#if defined( __nopointer )
724             ALLOCATE( qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
725#else
726             ALLOCATE( qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
727#endif
728          ENDIF
729!
730!--       Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
731          ALLOCATE( precipitation_amount(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
732
733!
734!--       3d-precipitation rate
735          ALLOCATE( prr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
736
737          IF ( microphysics_morrison )  THEN
738!
739!--          3D-cloud drop water content, cloud drop concentration arrays
740#if defined( __nopointer )
741             ALLOCATE( nc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
742                       nc_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
743                       qc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
744                       qc_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
745                       tnc_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   & 
746                       tqc_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
747#else
748             ALLOCATE( nc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
749                       nc_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
750                       nc_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
751                       qc_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
752                       qc_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
753                       qc_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
754#endif
755          ENDIF
756
757          IF ( microphysics_seifert )  THEN
758!
759!--          3D-rain water content, rain drop concentration arrays
760#if defined( __nopointer )
761             ALLOCATE( nr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
762                       nr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
763                       qr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
764                       qr_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
765                       tnr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                   &
766                       tqr_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
767#else
768             ALLOCATE( nr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
769                       nr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
770                       nr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
771                       qr_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
772                       qr_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                    &
773                       qr_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
774#endif
775          ENDIF
776
777       ENDIF
778
779       IF ( cloud_droplets )  THEN
780!
781!--       Liquid water content, change in liquid water content
782#if defined( __nopointer )
783          ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
784                     ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
785#else
786          ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
787                     ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
788#endif
789!
790!--       Real volume of particles (with weighting), volume of particles
791          ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
792                     ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
793       ENDIF
794
795    ENDIF   
796   
797    IF ( passive_scalar )  THEN
798
799!
800!--    3D scalar arrays
801#if defined( __nopointer )
802       ALLOCATE( s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
803                 s_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
804                 ts_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
805#else
806       ALLOCATE( s_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
807                 s_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
808                 s_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
809#endif
810    ENDIF
811
812    IF ( ocean )  THEN
813#if defined( __nopointer )
814       ALLOCATE( prho(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
815                 rho_ocean(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
816                 sa(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
817                 sa_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
818                 tsa_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
819#else
820       ALLOCATE( prho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
821                 rho_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                         &
822                 sa_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
823                 sa_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
824                 sa_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
825       prho => prho_1
826       rho_ocean  => rho_1  ! routines calc_mean_profile and diffusion_e require
827                      ! density to be apointer
828#endif
829    ENDIF
830
831!
832!-- Allocation of anelastic and Boussinesq approximation specific arrays
833    ALLOCATE( p_hydrostatic(nzb:nzt+1) )
834    ALLOCATE( rho_air(nzb:nzt+1) )
835    ALLOCATE( rho_air_zw(nzb:nzt+1) )
836    ALLOCATE( drho_air(nzb:nzt+1) )
837    ALLOCATE( drho_air_zw(nzb:nzt+1) )
838
839!
840!-- Density profile calculation for anelastic approximation
841    t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**( r_d / cp )
842    IF ( TRIM( approximation ) == 'anelastic' ) THEN
843       DO  k = nzb, nzt+1
844          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
845                                ( 1 - ( g * zu(k) ) / ( cp * t_surface )       &
846                                )**( cp / r_d )
847          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
848                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
849                                  )**( r_d / cp )                              &
850                                ) / ( r_d * pt_init(k) )
851       ENDDO
852       DO  k = nzb, nzt
853          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
854       ENDDO
855       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
856                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
857    ELSE
858       DO  k = nzb, nzt+1
859          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
860                                ( 1 - ( g * zu(nzb) ) / ( cp * t_surface )       &
861                                )**( cp / r_d )
862          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
863                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
864                                  )**( r_d / cp )                              &
865                                ) / ( r_d * pt_init(nzb) )
866       ENDDO
867       DO  k = nzb, nzt
868          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
869       ENDDO
870       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
871                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
872    ENDIF
873!
874!-- compute the inverse density array in order to avoid expencive divisions
875    drho_air    = 1.0_wp / rho_air
876    drho_air_zw = 1.0_wp / rho_air_zw
877
878!
879!-- Allocation of flux conversion arrays
880    ALLOCATE( heatflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
881    ALLOCATE( waterflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
882    ALLOCATE( momentumflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
883    ALLOCATE( heatflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
884    ALLOCATE( waterflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
885    ALLOCATE( momentumflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
886
887!
888!-- calculate flux conversion factors according to approximation and in-/output mode
889    DO  k = nzb, nzt+1
890
891        IF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'kinematic' )  THEN
892            heatflux_input_conversion(k)      = rho_air_zw(k)
893            waterflux_input_conversion(k)     = rho_air_zw(k)
894            momentumflux_input_conversion(k)  = rho_air_zw(k)
895        ELSEIF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'dynamic' ) THEN
896            heatflux_input_conversion(k)      = 1.0_wp / cp
897            waterflux_input_conversion(k)     = 1.0_wp / l_v
898            momentumflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
899        ENDIF
900
901        IF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'kinematic' )  THEN
902            heatflux_output_conversion(k)     = drho_air_zw(k)
903            waterflux_output_conversion(k)    = drho_air_zw(k)
904            momentumflux_output_conversion(k) = drho_air_zw(k)
905        ELSEIF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'dynamic' ) THEN
906            heatflux_output_conversion(k)     = cp
907            waterflux_output_conversion(k)    = l_v
908            momentumflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
909        ENDIF
910
911        IF ( .NOT. humidity ) THEN
912            waterflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
913            waterflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
914        ENDIF
915
916    ENDDO
917
918!
919!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
920!-- grid levels with respective density on each grid
921    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
922
923       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level) )
924       ALLOCATE( ddy2_mg(maximum_grid_level) )
925       ALLOCATE( dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
926       ALLOCATE( dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
927       ALLOCATE( f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
928       ALLOCATE( f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
929       ALLOCATE( f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
930       ALLOCATE( rho_air_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
931       ALLOCATE( rho_air_zw_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
932
933       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
934       rho_air_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air
935!       
936!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
937       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
938       rho_air_mg(nzb,maximum_grid_level) = rho_air(nzb) +                     &
939                                             (rho_air(nzb) - rho_air(nzb+1))
940
941       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
942       rho_air_zw_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air_zw
943       nzt_l = nzt
944       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
945           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
946           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
947           rho_air_mg(nzb,l)    = rho_air_mg(nzb,l+1) + (rho_air_mg(nzb,l+1) - rho_air_mg(nzb+1,l+1))
948           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))
949           rho_air_mg(nzb+1,l)    = rho_air_mg(nzb+1,l+1)
950           rho_air_zw_mg(nzb+1,l) = rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1)
951           nzt_l = nzt_l / 2
952           DO  k = 2, nzt_l+1
953              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
954              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
955              rho_air_mg(k,l)    = rho_air_mg(2*k-1,l+1)
956              rho_air_zw_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(2*k-1,l+1)
957           ENDDO
958       ENDDO
959
960       nzt_l = nzt
961       dx_l  = dx
962       dy_l  = dy
963       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
964          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
965          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
966          DO  k = nzb+1, nzt_l
967             f2_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k,l) / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
968             f3_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k-1,l) / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
969             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) &
970                          * rho_air_mg(k,l) + f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
971          ENDDO
972          nzt_l = nzt_l / 2
973          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
974          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
975       ENDDO
976
977    ENDIF
978
979!
980!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
981    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
982       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
983       w_subs = 0.0_wp
984    ENDIF
985
986!
987!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
988!-- are needed for radiation boundary conditions
989    IF ( outflow_l )  THEN
990       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
991                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
992                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
993    ENDIF
994    IF ( outflow_r )  THEN
995       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
996                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
997                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
998    ENDIF
999    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
1000       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
1001                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
1002    ENDIF
1003    IF ( outflow_s )  THEN
1004       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
1005                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
1006                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
1007    ENDIF
1008    IF ( outflow_n )  THEN
1009       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
1010                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
1011                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
1012    ENDIF
1013    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
1014       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
1015                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
1016    ENDIF
1017    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r  .OR.  outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
1018       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
1019       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
1020    ENDIF
1021
1022
1023#if ! defined( __nopointer )
1024!
1025!-- Initial assignment of the pointers
1026    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1027       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
1028    ELSE
1029       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
1030    ENDIF
1031    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
1032    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
1033    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
1034
1035    IF ( humidity )  THEN
1036       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
1037       IF ( humidity )  THEN
1038          vpt  => vpt_1   
1039          IF ( cloud_physics )  THEN
1040             ql => ql_1
1041             IF ( .NOT. microphysics_morrison )  THEN
1042                qc => qc_1
1043             ENDIF
1044             IF ( microphysics_morrison )  THEN
1045                qc => qc_1;  qc_p  => qc_2;  tqc_m  => qc_3
1046                nc => nc_1;  nc_p  => nc_2;  tnc_m  => nc_3
1047             ENDIF
1048             IF ( microphysics_seifert )  THEN
1049                qr => qr_1;  qr_p  => qr_2;  tqr_m  => qr_3
1050                nr => nr_1;  nr_p  => nr_2;  tnr_m  => nr_3
1051             ENDIF
1052          ENDIF
1053       ENDIF
1054       IF ( cloud_droplets )  THEN
1055          ql   => ql_1
1056          ql_c => ql_2
1057       ENDIF
1058    ENDIF
1059   
1060    IF ( passive_scalar )  THEN
1061       s => s_1;  s_p => s_2;  ts_m => s_3
1062    ENDIF   
1063
1064    IF ( ocean )  THEN
1065       sa => sa_1;  sa_p => sa_2;  tsa_m => sa_3
1066    ENDIF
1067#endif
1068!
1069!-- Initialize arrays for turbulence closure
1070    CALL tcm_init_arrays
1071!
1072!-- Initialize surface arrays
1073    CALL init_surface_arrays
1074!
1075!-- Allocate land surface model arrays
1076    IF ( land_surface )  THEN
1077       CALL lsm_init_arrays
1078    ENDIF
1079
1080!
1081!-- Allocate wind turbine model arrays
1082    IF ( wind_turbine )  THEN
1083       CALL wtm_init_arrays
1084    ENDIF
1085!
1086!-- Allocate gust module arrays
1087    IF ( gust_module_enabled )  THEN
1088       CALL gust_init_arrays
1089    ENDIF
1090
1091!
1092!-- Initialize virtual flight measurements
1093    IF ( virtual_flight )  THEN
1094       CALL flight_init
1095    ENDIF
1096
1097!
1098!-- Read uv exposure input data
1099    IF ( uv_exposure )  THEN
1100       CALL uvem_init
1101    ENDIF
1102!
1103!-- Allocate uv exposure arrays
1104    IF ( uv_exposure )  THEN
1105       CALL uvem_init_arrays
1106    ENDIF
1107
1108!
1109!-- Initialize nudging if required
1110    IF ( nudging )  THEN
1111       CALL nudge_init
1112    ENDIF
1113
1114!
1115!-- Initialize reading of large scale forcing from external file - if required
1116    IF ( large_scale_forcing  .OR.  forcing )  THEN
1117       CALL lsf_init
1118    ENDIF
1119
1120!
1121!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
1122!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
1123!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
1124!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
1125!-- will be set.
1126    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
1127              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
1128    weight_substep = 1.0_wp
1129    weight_pres    = 1.0_wp
1130    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
1131       
1132    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1133
1134!
1135!-- Initialize time series
1136    ts_value = 0.0_wp
1137
1138!
1139!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1140!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1141!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1142!-- are never initialized)
1143    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1144    sums_divold_l      = 0.0_wp
1145    sums_l_l           = 0.0_wp
1146    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
1147
1148
1149
1150!
1151!-- Initialize model variables
1152    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1153         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1154!
1155!--    Initialization with provided input data derived from larger-scale model
1156       IF ( INDEX( initializing_actions, 'inifor' ) /= 0 )  THEN
1157          CALL location_message( 'initializing with INIFOR', .FALSE. )
1158!
1159!--       Read initial 1D profiles from NetCDF file if available.
1160!--       At the moment, only u, v, w, pt and q are provided.
1161          CALL netcdf_data_input_init_3d
1162!
1163!--       Please note, at the moment INIFOR assumes only an equidistant vertical
1164!--       grid. In case of vertical grid stretching, input of inital data
1165!--       need to be inter- and/or extrapolated.
1166!--       Therefore, check if zu grid on file is identical to numeric zw grid.
1167!--       Please note 
1168          IF ( ANY( zu(1:nzt+1) /= init_3d%zu_atmos(1:init_3d%nzu) ) )  THEN
1169
1170             CALL netcdf_data_input_interpolate( init_3d%u_init(nzb+1:nzt+1),  &
1171                                                 zu(nzb+1:nzt+1),              &
1172                                                 init_3d%zu_atmos )
1173             CALL netcdf_data_input_interpolate( init_3d%v_init(nzb+1:nzt+1),  &
1174                                                 zu(nzb+1:nzt+1),              &
1175                                                 init_3d%zu_atmos )
1176!              CALL netcdf_data_input_interpolate( init_3d%w_init(nzb+1:nzt),    &
1177!                                                  zw(nzb+1:nzt),                &
1178!                                                  init_3d%zw_atmos )
1179             IF ( .NOT. neutral )                                              &
1180                CALL netcdf_data_input_interpolate(                            &
1181                                             init_3d%pt_init(nzb+1:nzt+1),     &
1182                                             zu(nzb+1:nzt+1),                  &
1183                                             init_3d%zu_atmos )
1184             IF ( humidity )                                                   &
1185                CALL netcdf_data_input_interpolate(                            &
1186                                             init_3d%q_init(nzb+1:nzt+1),      &
1187                                             zu(nzb+1:nzt+1),                  &
1188                                             init_3d%zu_atmos )
1189          ENDIF
1190
1191          u_init = init_3d%u_init
1192          v_init = init_3d%v_init   
1193          IF( .NOT. neutral )  pt_init = init_3d%pt_init
1194          IF( humidity      )  q_init  = init_3d%q_init
1195
1196!
1197!--       Please note, Inifor provides data from nzb+1 to nzt+1.
1198!--       Initialize pt and q with Neumann condition at nzb.
1199          IF( .NOT. neutral )  pt_init(nzb) = pt_init(nzb+1)
1200          IF( humidity      )  q_init(nzb)  = q_init(nzb+1)
1201          DO  i = nxlg, nxrg
1202             DO  j = nysg, nyng
1203                u(:,j,i) = u_init(:)
1204                v(:,j,i) = v_init(:)
1205                IF( .NOT. neutral )  pt(:,j,i) = pt_init(:)
1206                IF( humidity      )  q(:,j,i)  = q_init(:)
1207             ENDDO
1208          ENDDO
1209!
1210!--       MS: What about the geostrophic wind profiles? Actually these
1211!--           are not identical to the initial wind profiles in this case.
1212!--           This need to be further revised.
1213          IF ( init_3d%from_file_ug )  THEN
1214             ug(:) = init_3d%ug_init(:)
1215          ENDIF
1216          IF ( init_3d%from_file_vg )  THEN
1217             vg(:) = init_3d%vg_init(:)
1218          ENDIF
1219
1220          ug(nzt+1) = ug(nzt)
1221          vg(nzt+1) = vg(nzt)
1222
1223!
1224!--       Set inital w to 0
1225          w = 0.0_wp
1226!
1227!--       Initialize the remaining quantities
1228          IF ( humidity )  THEN
1229             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1230                DO  i = nxlg, nxrg
1231                   DO  j = nysg, nyng
1232                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1233                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1234                   ENDDO
1235                ENDDO
1236             ENDIF
1237
1238             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1239                DO  i = nxlg, nxrg
1240                   DO  j = nysg, nyng
1241                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1242                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
1243                   ENDDO
1244                ENDDO
1245             ENDIF
1246
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          IF ( ocean )  THEN
1258             DO  i = nxlg, nxrg
1259                DO  j = nysg, nyng
1260                   sa(:,j,i) = sa_init
1261                ENDDO
1262             ENDDO
1263          ENDIF
1264
1265!
1266!--       Set velocity components at non-atmospheric / oceanic grid points to
1267!--       zero.
1268          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1269          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1270          w = MERGE( w, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 3 ) )
1271!
1272!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1273!--       fluxes, etc.
1274          CALL init_surfaces
1275!
1276!--       Initialize turbulence generator
1277          IF( use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1278
1279          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1280!
1281!--    Initialization via computed 1D-model profiles
1282       ELSEIF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
1283
1284          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
1285!
1286!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
1287!--       start 1D model
1288          CALL init_1d_model
1289!
1290!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
1291          DO  i = nxlg, nxrg
1292             DO  j = nysg, nyng
1293                pt(:,j,i) = pt_init
1294                u(:,j,i)  = u1d
1295                v(:,j,i)  = v1d
1296             ENDDO
1297          ENDDO
1298
1299          IF ( humidity )  THEN
1300             DO  i = nxlg, nxrg
1301                DO  j = nysg, nyng
1302                   q(:,j,i) = q_init
1303                ENDDO
1304             ENDDO
1305             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1306                DO  i = nxlg, nxrg
1307                   DO  j = nysg, nyng
1308                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1309                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1310                   ENDDO
1311                ENDDO
1312             ENDIF
1313             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1314                DO  i = nxlg, nxrg
1315                   DO  j = nysg, nyng
1316                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1317                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
1318                   ENDDO
1319                ENDDO
1320             ENDIF
1321          ENDIF
1322
1323          IF ( passive_scalar )  THEN
1324             DO  i = nxlg, nxrg
1325                DO  j = nysg, nyng
1326                   s(:,j,i) = s_init
1327                ENDDO
1328             ENDDO   
1329          ENDIF
1330!
1331!--          Store initial profiles for output purposes etc.
1332          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1333             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
1334          ENDIF
1335!
1336!--       Set velocities back to zero
1337          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1338          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )         
1339!
1340!--       WARNING: The extra boundary conditions set after running the
1341!--       -------  1D model impose an error on the divergence one layer
1342!--                below the topography; need to correct later
1343!--       ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
1344!--       ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
1345!--                  the topography.
1346          IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
1347!
1348!--          Neumann condition
1349             DO  i = nxl-1, nxr+1
1350                DO  j = nys-1, nyn+1
1351                   u(nzb,j,i) = u(nzb+1,j,i)
1352                   v(nzb,j,i) = v(nzb+1,j,i)
1353                ENDDO
1354             ENDDO
1355
1356          ENDIF
1357!
1358!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1359!--       fluxes, etc.
1360          CALL init_surfaces
1361
1362          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1363
1364       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
1365       THEN
1366
1367          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
1368!
1369!--       Overwrite initial profiles in case of synthetic turbulence generator
1370          IF( use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1371
1372!
1373!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
1374!--       temperature profile with constant gradient)
1375          DO  i = nxlg, nxrg
1376             DO  j = nysg, nyng
1377                pt(:,j,i) = pt_init
1378                u(:,j,i)  = u_init
1379                v(:,j,i)  = v_init
1380             ENDDO
1381          ENDDO
1382!
1383!--       Mask topography
1384          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1385          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1386!
1387!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
1388!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
1389!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
1390!--       in the limiting formula!).
1391!--       Please note, in case land- or urban-surface model is used and a
1392!--       spinup is applied, masking the lowest computational level is not
1393!--       possible as MOST as well as energy-balance parametrizations will not
1394!--       work with zero wind velocity.
1395          IF ( ibc_uv_b /= 1  .AND.  .NOT.  spinup )  THEN
1396             DO  i = nxlg, nxrg
1397                DO  j = nysg, nyng
1398                   DO  k = nzb, nzt
1399                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1400                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 20 ) )
1401                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1402                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 21 ) )
1403                   ENDDO
1404                ENDDO
1405             ENDDO
1406          ENDIF
1407
1408          IF ( humidity )  THEN
1409             DO  i = nxlg, nxrg
1410                DO  j = nysg, nyng
1411                   q(:,j,i) = q_init
1412                ENDDO
1413             ENDDO
1414             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1415                DO  i = nxlg, nxrg
1416                   DO  j = nysg, nyng
1417                      qc(:,j,i) = 0.0_wp
1418                      nc(:,j,i) = 0.0_wp
1419                   ENDDO
1420                ENDDO
1421             ENDIF
1422
1423             IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1424                DO  i = nxlg, nxrg
1425                   DO  j = nysg, nyng
1426                      qr(:,j,i) = 0.0_wp
1427                      nr(:,j,i) = 0.0_wp
1428                   ENDDO
1429                ENDDO
1430             ENDIF
1431
1432          ENDIF
1433         
1434          IF ( passive_scalar )  THEN
1435             DO  i = nxlg, nxrg
1436                DO  j = nysg, nyng
1437                   s(:,j,i) = s_init
1438                ENDDO
1439             ENDDO
1440          ENDIF
1441
1442          IF ( ocean )  THEN
1443             DO  i = nxlg, nxrg
1444                DO  j = nysg, nyng
1445                   sa(:,j,i) = sa_init
1446                ENDDO
1447             ENDDO
1448          ENDIF
1449!
1450!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
1451!--       of a sloping surface
1452          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1453!
1454!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1455!--       fluxes, etc.
1456          CALL init_surfaces
1457
1458          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1459
1460       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
1461       THEN
1462
1463          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
1464!
1465!--       Pre-initialize surface variables, i.e. setting start- and end-indices
1466!--       at each (j,i)-location. Please note, this does not supersede
1467!--       user-defined initialization of surface quantities.
1468          CALL init_surfaces
1469!
1470!--       Initialization will completely be done by the user
1471          CALL user_init_3d_model
1472
1473          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1474
1475       ENDIF
1476
1477       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
1478                              .FALSE. )
1479
1480!
1481!--    Bottom boundary
1482       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
1483          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
1484          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
1485       ENDIF
1486
1487!
1488!--    Apply channel flow boundary condition
1489       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
1490          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1491          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1492       ENDIF
1493
1494!
1495!--    Calculate virtual potential temperature
1496       IF ( humidity )  vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
1497
1498!
1499!--    Store initial profiles for output purposes etc.. Please note, in case of
1500!--    initialization of u, v, w, pt, and q via output data derived from larger
1501!--    scale models, data will not be horizontally homogeneous. Actually, a mean
1502!--    profile should be calculated before.   
1503       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1504       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1505       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
1506          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1507          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
1508       ENDIF
1509       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1510
1511
1512!
1513!--    Store initial salinity profile
1514       IF ( ocean )  THEN
1515          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1516       ENDIF
1517
1518       IF ( humidity )  THEN
1519!
1520!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1521!--       temperature
1522          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1523          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1524!
1525!--       Store initial profile of specific humidity and potential
1526!--       temperature
1527          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1528             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1529             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1530          ENDIF
1531       ENDIF
1532
1533!
1534!--    Store initial scalar profile
1535       IF ( passive_scalar )  THEN
1536          hom(:,1,121,:) = SPREAD(  s(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1537       ENDIF
1538
1539!
1540!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1541       CALL random_function_ini
1542       
1543       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
1544          CALL init_parallel_random_generator(nx, ny, nys, nyn, nxl, nxr)
1545       ENDIF
1546!
1547!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1548!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1549       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1550          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1551             ref_state(:) = pt_reference
1552          ELSE
1553             ref_state(:) = vpt_reference
1554          ENDIF
1555       ELSE
1556          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1557             ref_state(:) = pt_init(:)
1558          ELSE
1559             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1560          ENDIF
1561       ENDIF
1562
1563!
1564!--    For the moment, vertical velocity is zero
1565       w = 0.0_wp
1566
1567!
1568!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1569       sums = 0.0_wp
1570
1571!
1572!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1573       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
1574
1575!
1576!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
1577!--    are zero at beginning of the simulation
1578       IF ( cloud_physics )  THEN
1579          ql = 0.0_wp
1580          qc = 0.0_wp
1581
1582          precipitation_amount = 0.0_wp
1583       ENDIF
1584!
1585!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1586       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1587          CALL init_rankine
1588       ENDIF
1589
1590!
1591!--    Impose temperature anomaly (advection test only) or warm air bubble
1592!--    close to surface
1593       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0  .OR.  &
1594            INDEX( initializing_actions, 'initialize_bubble' ) /= 0  )  THEN
1595          CALL init_pt_anomaly
1596       ENDIF
1597       
1598!
1599!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1600       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1601          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1602       ENDIF
1603
1604!
1605!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1606!--    run
1607       IF ( humidity  .AND.  q_surface_initial_change /= 0.0_wp )              &
1608          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1609         
1610       IF ( passive_scalar .AND.  s_surface_initial_change /= 0.0_wp )         &
1611          s(nzb,:,:) = s(nzb,:,:) + s_surface_initial_change
1612       
1613
1614!
1615!--    Initialize old and new time levels.
1616       tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1617       pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1618
1619       IF ( humidity  )  THEN
1620          tq_m = 0.0_wp
1621          q_p = q
1622          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1623             tqc_m = 0.0_wp
1624             qc_p  = qc
1625             tnc_m = 0.0_wp
1626             nc_p  = nc
1627          ENDIF
1628          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1629             tqr_m = 0.0_wp
1630             qr_p  = qr
1631             tnr_m = 0.0_wp
1632             nr_p  = nr
1633          ENDIF
1634       ENDIF
1635       
1636       IF ( passive_scalar )  THEN
1637          ts_m = 0.0_wp
1638          s_p  = s
1639       ENDIF       
1640
1641       IF ( ocean )  THEN
1642          tsa_m = 0.0_wp
1643          sa_p  = sa
1644       ENDIF
1645       
1646       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1647
1648    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1649             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                   &
1650    THEN
1651
1652       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1653                              .FALSE. )
1654!
1655!--    Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1656!--    momentumfluxes, roughness, scaling parameters. As number of surface
1657!--    elements might be different between runs, e.g. in case of cyclic fill,
1658!--    and not all surface elements are read, surface elements need to be
1659!--    initialized before.     
1660       CALL init_surfaces
1661!
1662!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1663!--    some of the global variables from the restart file which are required
1664!--    for initializing the inflow
1665       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1666
1667          DO  i = 0, io_blocks-1
1668             IF ( i == io_group )  THEN
1669                CALL rrd_read_parts_of_global
1670             ENDIF
1671#if defined( __parallel )
1672             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1673#endif
1674          ENDDO
1675
1676       ENDIF
1677
1678!
1679!--    Read processor specific binary data from restart file
1680       DO  i = 0, io_blocks-1
1681          IF ( i == io_group )  THEN
1682             CALL rrd_local
1683          ENDIF
1684#if defined( __parallel )
1685          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1686#endif
1687       ENDDO
1688
1689!
1690!--    In case of complex terrain and cyclic fill method as initialization,
1691!--    shift initial data in the vertical direction for each point in the
1692!--    x-y-plane depending on local surface height
1693       IF ( complex_terrain  .AND.                                             &
1694            TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1695          DO  i = nxlg, nxrg
1696             DO  j = nysg, nyng
1697                nz_u_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'u' )
1698                nz_v_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'v' )
1699                nz_w_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'w' )
1700                nz_s_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 's' )
1701
1702                u(nz_u_shift:nzt+1,j,i)  = u(0:nzt+1-nz_u_shift,j,i)               
1703
1704                v(nz_v_shift:nzt+1,j,i)  = v(0:nzt+1-nz_v_shift,j,i)
1705
1706                w(nz_w_shift:nzt+1,j,i)  = w(0:nzt+1-nz_w_shift,j,i)
1707
1708                p(nz_s_shift:nzt+1,j,i)  =  p(0:nzt+1-nz_s_shift,j,i)
1709                pt(nz_s_shift:nzt+1,j,i) = pt(0:nzt+1-nz_s_shift,j,i)
1710             ENDDO
1711          ENDDO
1712       ENDIF
1713
1714!
1715!--    Initialization of the turbulence recycling method
1716       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
1717            turbulent_inflow )  THEN
1718!
1719!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1720!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1721!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1722!--       for u,v-components can be used.
1723          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,7) )
1724
1725          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1726             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1727             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1728          ELSE
1729             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1730             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1731          ENDIF
1732          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1733          IF ( humidity )                                                      &
1734             mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)   ! q
1735          IF ( passive_scalar )                                                &
1736             mean_inflow_profiles(:,7) = hom_sum(:,115,0)   ! s
1737!
1738!--       In case of complex terrain, determine vertical displacement at inflow
1739!--       boundary and adjust mean inflow profiles
1740          IF ( complex_terrain )  THEN
1741             IF ( nxlg <= 0 .AND. nxrg >= 0 .AND. nysg <= 0 .AND. nyng >= 0 )  THEN
1742                nz_u_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'u' )
1743                nz_v_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'v' )
1744                nz_w_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'w' )
1745                nz_s_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 's' )
1746             ELSE
1747                nz_u_shift_l = 0
1748                nz_v_shift_l = 0
1749                nz_w_shift_l = 0
1750                nz_s_shift_l = 0
1751             ENDIF
1752
1753#if defined( __parallel )
1754             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_u_shift_l, nz_u_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1755                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1756             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_v_shift_l, nz_v_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1757                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1758             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_w_shift_l, nz_w_shift, 1, MPI_INTEGER,      & 
1759                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1760             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_s_shift_l, nz_s_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1761                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1762#else
1763             nz_u_shift = nz_u_shift_l
1764             nz_v_shift = nz_v_shift_l
1765             nz_w_shift = nz_w_shift_l
1766             nz_s_shift = nz_s_shift_l
1767#endif
1768
1769             mean_inflow_profiles(:,1) = 0.0_wp
1770             mean_inflow_profiles(nz_u_shift:nzt+1,1) = hom_sum(0:nzt+1-nz_u_shift,1,0)  ! u
1771
1772             mean_inflow_profiles(:,2) = 0.0_wp
1773             mean_inflow_profiles(nz_v_shift:nzt+1,2) = hom_sum(0:nzt+1-nz_v_shift,2,0)  ! v
1774
1775             mean_inflow_profiles(nz_s_shift:nzt+1,4) = hom_sum(0:nzt+1-nz_s_shift,4,0)  ! pt
1776
1777          ENDIF
1778
1779!
1780!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1781!--       profiles
1782          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1783             DO  i = nxlg, nxrg
1784                DO  j = nysg, nyng
1785                   DO  k = nzb, nzt+1
1786                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1787                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1788                   ENDDO
1789                ENDDO
1790             ENDDO
1791          ENDIF
1792
1793!
1794!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1795!--       conditions are used)
1796          IF ( inflow_l )  THEN
1797             DO  j = nysg, nyng
1798                DO  k = nzb, nzt+1
1799                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1800                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1801                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
1802                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1803                   IF ( humidity )                                             &
1804                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
1805                   IF ( passive_scalar )                                       &
1806                      s(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7)                     
1807                ENDDO
1808             ENDDO
1809          ENDIF
1810
1811!
1812!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1813!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1814!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1815!--       in time.
1816          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
1817!
1818!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1819!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1820!--          specified.
1821             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
1822                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1823             ELSE
1824                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1825                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
1826                     'calculated by the prerun is zero.'
1827                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1828             ENDIF
1829
1830          ENDIF
1831
1832          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
1833!
1834!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1835!--          layer
1836             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
1837
1838          ENDIF
1839
1840          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1841
1842          DO  k = nzb, nzt+1
1843
1844             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1845                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
1846             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1847                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
1848                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1849                                           inflow_damping_width
1850             ELSE
1851                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
1852             ENDIF
1853
1854          ENDDO
1855
1856       ENDIF
1857
1858!
1859!--    Inside buildings set velocities back to zero
1860       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
1861            topography /= 'flat' )  THEN
1862!
1863!--       Inside buildings set velocities back to zero.
1864!--       Other scalars (pt, q, s, p, sa, ...) are ignored at present,
1865!--       maybe revise later.
1866          DO  i = nxlg, nxrg
1867             DO  j = nysg, nyng
1868                DO  k = nzb, nzt
1869                   u(k,j,i)     = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1870                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1871                   v(k,j,i)     = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1872                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1873                   w(k,j,i)     = MERGE( w(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1874                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1875                ENDDO
1876             ENDDO
1877          ENDDO
1878
1879       ENDIF
1880
1881!
1882!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1883!--    of a sloping surface
1884       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1885
1886!
1887!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1888!--    including ghost points)
1889       pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1890       IF ( humidity )  THEN
1891          q_p = q
1892          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1893             qc_p = qc
1894             nc_p = nc
1895          ENDIF
1896          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1897             qr_p = qr
1898             nr_p = nr
1899          ENDIF
1900       ENDIF
1901       IF ( passive_scalar )  s_p  = s
1902       IF ( ocean          )  sa_p = sa
1903
1904!
1905!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1906!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1907!--    there before they are set.
1908       tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1909       IF ( humidity )  THEN
1910          tq_m = 0.0_wp
1911          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison )  THEN
1912             tqc_m = 0.0_wp
1913             tnc_m = 0.0_wp
1914          ENDIF
1915          IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert )  THEN
1916             tqr_m = 0.0_wp
1917             tnr_m = 0.0_wp
1918          ENDIF
1919       ENDIF
1920       IF ( passive_scalar )  ts_m  = 0.0_wp
1921       IF ( ocean          )  tsa_m = 0.0_wp
1922!
1923!--    Initialize synthetic turbulence generator in case of restart.
1924       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .AND.         &
1925            use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1926
1927       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1928
1929    ELSE
1930!
1931!--    Actually this part of the programm should not be reached
1932       message_string = 'unknown initializing problem'
1933       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1934    ENDIF
1935
1936!
1937!-- Initialize TKE, Kh and Km
1938    CALL tcm_init
1939
1940
1941    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1942!
1943!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1944       IF ( outflow_l )  THEN
1945          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1946          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1947          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1948       ENDIF
1949       IF ( outflow_r )  THEN
1950          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1951          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1952          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1953       ENDIF
1954       IF ( outflow_s )  THEN
1955          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1956          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1957          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1958       ENDIF
1959       IF ( outflow_n )  THEN
1960          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1961          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1962          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1963       ENDIF
1964       
1965    ENDIF
1966
1967!
1968!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1969    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1970
1971       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1972
1973          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1974          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1975
1976          IF ( nxr == nx )  THEN
1977             DO  j = nys, nyn
1978                DO  k = nzb+1, nzt
1979                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1980                                              u_init(k) * dzw(k)               &
1981                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1982                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1983                                            )
1984
1985                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1986                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1987                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1988                                            )
1989                ENDDO
1990             ENDDO
1991          ENDIF
1992         
1993          IF ( nyn == ny )  THEN
1994             DO  i = nxl, nxr
1995                DO  k = nzb+1, nzt
1996                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1997                                              v_init(k) * dzw(k)               &       
1998                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1999                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
2000                                            )
2001                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
2002                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2003                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
2004                                            )
2005                ENDDO
2006             ENDDO
2007          ENDIF
2008
2009#if defined( __parallel )
2010          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
2011                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2012          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
2013                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2014
2015#else
2016          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
2017          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
2018#endif 
2019
2020       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
2021
2022          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
2023          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
2024
2025          IF ( nxr == nx )  THEN
2026             DO  j = nys, nyn
2027                DO  k = nzb+1, nzt
2028                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
2029                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)          &
2030                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2031                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
2032                                            )
2033                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
2034                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2035                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
2036                                            )
2037                ENDDO
2038             ENDDO
2039          ENDIF
2040         
2041          IF ( nyn == ny )  THEN
2042             DO  i = nxl, nxr
2043                DO  k = nzb+1, nzt
2044                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
2045                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)          &       
2046                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2047                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2048                                            )
2049                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
2050                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2051                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2052                                            )
2053                ENDDO
2054             ENDDO
2055          ENDIF
2056
2057#if defined( __parallel )
2058          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
2059                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2060          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
2061                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2062
2063#else
2064          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
2065          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
2066#endif 
2067
2068       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
2069
2070          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
2071          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
2072
2073          IF ( nxr == nx )  THEN
2074             DO  j = nys, nyn
2075                DO  k = nzb+1, nzt
2076                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
2077                                              u(k,j,nx) * dzw(k)               &
2078                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2079                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
2080                                            )
2081                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
2082                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2083                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
2084                                            )
2085                ENDDO
2086             ENDDO
2087          ENDIF
2088         
2089          IF ( nyn == ny )  THEN
2090             DO  i = nxl, nxr
2091                DO  k = nzb+1, nzt
2092                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
2093                                              v(k,ny,i) * dzw(k)               &       
2094                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2095                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2096                                            )
2097                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
2098                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
2099                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
2100                                            )
2101                ENDDO
2102             ENDDO
2103          ENDIF
2104
2105#if defined( __parallel )
2106          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
2107                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2108          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
2109                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2110
2111#else
2112          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
2113          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
2114#endif 
2115
2116       ENDIF
2117
2118!
2119!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
2120!--    from u|v_bulk instead
2121       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
2122          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
2123          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
2124       ENDIF
2125
2126    ENDIF
2127!
2128!-- Finally, if random_heatflux is set, disturb shf at horizontal
2129!-- surfaces. Actually, this should be done in surface_mod, where all other
2130!-- initializations of surface quantities are done. However, this
2131!-- would create a ring dependency, hence, it is done here. Maybe delete
2132!-- disturb_heatflux and tranfer the respective code directly into the
2133!-- initialization in surface_mod.         
2134    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
2135         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
2136 
2137       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux  .AND.                &
2138            random_heatflux )  THEN
2139          IF ( surf_def_h(0)%ns >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_def_h(0) )
2140          IF ( surf_lsm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_lsm_h    )
2141          IF ( surf_usm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_usm_h    )
2142       ENDIF
2143    ENDIF
2144
2145!
2146!-- Before initializing further modules, compute total sum of active mask
2147!-- grid points and the mean surface level height for each statistic region.
2148!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
2149!--          total domain
2150!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
2151    ngp_2dh_outer_l   = 0
2152    ngp_2dh_outer     = 0
2153    ngp_2dh_s_inner_l = 0
2154    ngp_2dh_s_inner   = 0
2155    ngp_2dh_l         = 0
2156    ngp_2dh           = 0
2157    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
2158    ngp_3d_inner      = 0
2159    ngp_3d            = 0
2160    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
2161
2162    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
2163    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
2164!
2165!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
2166!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
2167!-- would bias the statistics
2168    rmask = 1.0_wp
2169    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
2170    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
2171!
2172!-- User-defined initializing actions
2173    CALL user_init
2174!
2175!-- To do: New concept for these non-topography grid points!
2176    DO  sr = 0, statistic_regions
2177       DO  i = nxl, nxr
2178          DO  j = nys, nyn
2179             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
2180!
2181!--             All xy-grid points
2182                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
2183!
2184!--             Determine mean surface-level height. In case of downward-
2185!--             facing walls are present, more than one surface level exist.
2186!--             In this case, use the lowest surface-level height.
2187                IF ( surf_def_h(0)%start_index(j,i) <=                         &
2188                     surf_def_h(0)%end_index(j,i) )  THEN
2189                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
2190                   k = surf_def_h(0)%k(m)
2191                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2192                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2193                ENDIF
2194                IF ( surf_lsm_h%start_index(j,i) <=                            &
2195                     surf_lsm_h%end_index(j,i) )  THEN
2196                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
2197                   k = surf_lsm_h%k(m)
2198                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2199                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2200                ENDIF
2201                IF ( surf_usm_h%start_index(j,i) <=                            &
2202                     surf_usm_h%end_index(j,i) )  THEN
2203                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
2204                   k = surf_usm_h%k(m)
2205                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2206                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2207                ENDIF
2208
2209                k_surf = k - 1
2210
2211                DO  k = nzb, nzt+1
2212!
2213!--                xy-grid points above topography
2214                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr)     +         &
2215                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 24 ) )
2216
2217                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) +         &
2218                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 22 ) )
2219
2220                ENDDO
2221!
2222!--             All grid points of the total domain above topography
2223                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + ( nz - k_surf + 2 )
2224
2225
2226
2227             ENDIF
2228          ENDDO
2229       ENDDO
2230    ENDDO
2231!
2232!-- Initialize arrays encompassing number of grid-points in inner and outer
2233!-- domains, statistic regions, etc. Mainly used for horizontal averaging
2234!-- of turbulence statistics. Please note, user_init must be called before
2235!-- doing this.   
2236    sr = statistic_regions + 1
2237#if defined( __parallel )
2238    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2239    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
2240                        comm2d, ierr )
2241    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2242    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
2243                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2244    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2245    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
2246                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2247    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2248    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
2249                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2250    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2251    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2252    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
2253                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
2254                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2255    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
2256#else
2257    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
2258    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
2259    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
2260    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2261    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
2262#endif
2263
2264    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
2265             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2266
2267!
2268!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
2269!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
2270!-- the respective subdomain lie below the surface topography
2271    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
2272    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
2273                           ngp_3d_inner(:) )
2274    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
2275
2276    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
2277                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
2278
2279!
2280!-- Initialize surface forcing corresponding to large-scale forcing. Therein,
2281!-- initialize heat-fluxes, etc. via datatype. Revise it later!
2282    IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
2283       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux )  THEN
2284          CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
2285       ENDIF
2286    ENDIF
2287!
2288!-- Initialize quantities for special advections schemes
2289    CALL init_advec
2290
2291!
2292!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
2293!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
2294    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
2295         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
2296         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
2297
2298       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
2299       CALL disturb_field( 'u', tend, u )
2300       CALL disturb_field( 'v', tend, v )
2301       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2302
2303       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
2304       n_sor = nsor_ini
2305       CALL pres
2306       n_sor = nsor
2307       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2308
2309    ENDIF
2310
2311!
2312!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
2313    IF ( plant_canopy )  THEN
2314       CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )   
2315       CALL pcm_init
2316       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2317    ENDIF
2318
2319!
2320!-- If required, initialize dvrp-software
2321    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
2322
2323    IF ( ocean )  THEN
2324!
2325!--    Initialize quantities needed for the ocean model
2326       CALL init_ocean
2327
2328    ELSE
2329!
2330!--    Initialize quantities for handling cloud physics
2331!--    This routine must be called before lpm_init, because
2332!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
2333!--    lpm_init) is not defined.
2334       CALL init_cloud_physics
2335!
2336!--    Initialize bulk cloud microphysics
2337       CALL microphysics_init
2338    ENDIF
2339
2340!
2341!-- If required, initialize particles
2342    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
2343
2344!
2345!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
2346    IF ( land_surface )  THEN
2347       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
2348       CALL lsm_init
2349       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2350    ENDIF
2351
2352!
2353!-- If required, allocate USM and LSM surfaces
2354    IF ( urban_surface )  THEN
2355       CALL location_message( 'initializing and allocating urban surfaces', .FALSE. )
2356       CALL usm_allocate_surface
2357       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2358    ENDIF
2359!
2360!-- If required, initialize urban surface model
2361    IF ( urban_surface )  THEN
2362       CALL location_message( 'initializing urban surface model', .FALSE. )
2363       CALL usm_init_urban_surface
2364       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2365    ENDIF
2366
2367!
2368!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
2369!-- for initialization
2370    IF ( constant_flux_layer )  THEN
2371       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
2372       CALL init_surface_layer_fluxes
2373       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2374    ENDIF
2375
2376!
2377!-- If required, set chemical emissions
2378!-- (todo(FK): This should later on be CALLed time-dependently in init_3d_model)
2379    IF ( air_chemistry )  THEN
2380       CALL chem_emissions
2381    ENDIF
2382
2383!
2384!-- Initialize radiation processes
2385    IF ( radiation )  THEN
2386!
2387!--    Activate radiation_interactions according to the existence of vertical surfaces and/or trees.
2388!--    The namelist parameter radiation_interactions_on can override this behavior.
2389!--    (This check cannot be performed in check_parameters, because vertical_surfaces_exist is first set in
2390!--    init_surface_arrays.)
2391       IF ( radiation_interactions_on )  THEN
2392          IF ( vertical_surfaces_exist  .OR.  plant_canopy )  THEN
2393             radiation_interactions    = .TRUE.
2394             average_radiation         = .TRUE.
2395          ELSE
2396             radiation_interactions_on = .FALSE.   !< reset namelist parameter: no interactions
2397                                                   !< calculations necessary in case of flat surface
2398          ENDIF
2399       ELSEIF ( vertical_surfaces_exist  .OR.  plant_canopy )  THEN
2400          message_string = 'radiation_interactions_on is set to .FALSE. although '     // &
2401                           'vertical surfaces and/or trees exist. The model will run ' // &
2402                           'without RTM (no shadows, no radiation reflections)'
2403          CALL message( 'init_3d_model', 'PA0348', 0, 1, 0, 6, 0 )
2404       ENDIF
2405!
2406!--    If required, initialize radiation interactions between surfaces
2407!--    via sky-view factors. This must be done before radiation is initialized.
2408       IF ( radiation_interactions )  CALL radiation_interaction_init
2409
2410!
2411!--    Initialize radiation model
2412       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
2413       CALL radiation_init
2414       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2415
2416!
2417!--    Find all discretized apparent solar positions for radiation interaction.
2418!--    This must be done after radiation_init.
2419       IF ( radiation_interactions )  CALL radiation_presimulate_solar_pos
2420
2421!
2422!--    If required, read or calculate and write out the SVF
2423       IF ( radiation_interactions .AND. read_svf)  THEN
2424!
2425!--       Read sky-view factors and further required data from file
2426          CALL location_message( '    Start reading SVF from file', .FALSE. )
2427          CALL radiation_read_svf()
2428          CALL location_message( '    Reading SVF from file has finished', .TRUE. )
2429
2430       ELSEIF ( radiation_interactions .AND. .NOT. read_svf)  THEN
2431!
2432!--       calculate SFV and CSF
2433          CALL location_message( '    Start calculation of SVF', .FALSE. )
2434          CALL radiation_calc_svf()
2435          CALL location_message( '    Calculation of SVF has finished', .TRUE. )
2436       ENDIF
2437
2438       IF ( radiation_interactions .AND. write_svf)  THEN
2439!
2440!--       Write svf, csf svfsurf and csfsurf data to file
2441          CALL location_message( '    Start writing SVF in file', .FALSE. )
2442          CALL radiation_write_svf()
2443          CALL location_message( '    Writing SVF in file has finished', .TRUE. )
2444       ENDIF
2445
2446!
2447!--    Adjust radiative fluxes. In case of urban and land surfaces, also
2448!--    call an initial interaction.
2449       IF ( radiation_interactions )  THEN
2450          CALL radiation_interaction
2451       ENDIF
2452    ENDIF
2453
2454!
2455!-- Temporary solution to add LSM and radiation time series to the default
2456!-- output
2457    IF ( land_surface  .OR.  radiation )  THEN
2458       IF ( TRIM( radiation_scheme ) == 'rrtmg' )  THEN
2459          dots_num = dots_num + 15
2460       ELSE
2461          dots_num = dots_num + 11
2462       ENDIF
2463    ENDIF
2464   
2465
2466
2467!
2468!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
2469    IF ( wind_turbine )  THEN
2470       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
2471       CALL wtm_init
2472       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2473    ENDIF
2474
2475!
2476!-- If required, initialize quantities needed for the gust module
2477    IF ( gust_module_enabled )  THEN
2478       CALL gust_init( dots_label, dots_unit, dots_num, dots_max )
2479    ENDIF
2480
2481!
2482!-- Initialize the ws-scheme.   
2483    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
2484
2485!
2486!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
2487!-- and turbulent quantities from the RK substeps
2488    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
2489
2490       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
2491       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
2492       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
2493
2494       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
2495       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
2496       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
2497
2498    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
2499
2500       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
2501       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
2502         
2503       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
2504       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
2505
2506    ELSE                                     ! for Euler-method
2507
2508       weight_substep(1) = 1.0_wp     
2509       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
2510
2511    ENDIF
2512
2513!
2514!-- Initialize Rayleigh damping factors
2515    rdf    = 0.0_wp
2516    rdf_sc = 0.0_wp
2517    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
2518       IF (  .NOT.  ocean )  THEN
2519          DO  k = nzb+1, nzt
2520             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
2521                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2522                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
2523                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
2524                      )**2
2525             ENDIF
2526          ENDDO
2527       ELSE
2528          DO  k = nzt, nzb+1, -1
2529             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
2530                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2531                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
2532                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
2533                      )**2
2534             ENDIF
2535          ENDDO
2536       ENDIF
2537    ENDIF
2538    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
2539
2540!
2541!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
2542!-- the external pressure gradient
2543    dp_smooth_factor = 1.0_wp
2544    IF ( dp_external )  THEN
2545!
2546!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
2547!--    (e.g. in init_grid).
2548       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
2549          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
2550          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb
2551                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
2552       ENDIF
2553       IF ( dp_smooth )  THEN
2554          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
2555          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
2556             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
2557                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
2558                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
2559          ENDDO
2560       ENDIF
2561    ENDIF
2562
2563!
2564!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
2565!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
2566!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
2567    ptdf_x = 0.0_wp
2568    ptdf_y = 0.0_wp
2569    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
2570       DO  i = nxl, nxr
2571          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
2572             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
2573                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
2574                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
2575          ENDIF
2576       ENDDO
2577    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
2578       DO  i = nxl, nxr
2579          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
2580             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
2581                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2582                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
2583                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2584          ENDIF
2585       ENDDO
2586    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
2587       DO  j = nys, nyn
2588          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
2589             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2590                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2591                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
2592                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2593          ENDIF
2594       ENDDO
2595    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
2596       DO  j = nys, nyn
2597          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
2598             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2599                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2600                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
2601                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2602          ENDIF
2603       ENDDO
2604    ENDIF
2605!
2606!-- Check if maximum number of allowed timeseries is exceeded
2607    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
2608       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
2609                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
2610                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
2611       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
2612    ENDIF
2613
2614!
2615!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
2616!-- after call of user_init!
2617    CALL close_file( 13 )
2618!
2619!-- In case of nesting, put an barrier to assure that all parent and child
2620!-- domains finished initialization.
2621#if defined( __parallel )
2622    IF ( nested_run )  CALL MPI_BARRIER( MPI_COMM_WORLD, ierr )
2623#endif
2624
2625
2626    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
2627
2628 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.