source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 328

Last change on this file since 328 was 328, checked in by letzel, 14 years ago
  • initializing_actions='read_data_for_recycling' renamed to 'cyclic_fill', now independent of turbulent_inflow (check_parameters, header, init_3d_model)
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 51.7 KB
Line 
1#if defined( __ibmy_special )
2@PROCESS NOOPTimize
3#endif
4 SUBROUTINE init_3d_model
5
6!------------------------------------------------------------------------------!
7! Current revisions:
8! -----------------
9! initializing_actions='read_data_for_recycling' renamed to 'cyclic_fill', now
10! independent of turbulent_inflow
11! Output of messages replaced by message handling routine.
12! Set the starting level and the vertical smoothing factor used for
13! the external pressure gradient
14! +conserve_volume_flow_mode: 'default', 'initial_profiles', 'inflow_profile'
15! and 'bulk_velocity'
16! If the inversion height calculated by the prerun is zero,
17! inflow_damping_height must be explicitly specified.
18!
19! Former revisions:
20! -----------------
21! $Id: init_3d_model.f90 328 2009-05-28 12:13:56Z letzel $
22!
23! 181 2008-07-30 07:07:47Z raasch
24! bugfix: zero assignments to tendency arrays in case of restarts,
25! further extensions and modifications in the initialisation of the plant
26! canopy model,
27! allocation of hom_sum moved to parin, initialization of spectrum_x|y directly
28! after allocating theses arrays,
29! read data for recycling added as new initialization option,
30! dummy allocation for diss
31!
32! 138 2007-11-28 10:03:58Z letzel
33! New counter ngp_2dh_s_inner.
34! Allow new case bc_uv_t = 'dirichlet_0' for channel flow.
35! Corrected calculation of initial volume flow for 'set_1d-model_profiles' and
36! 'set_constant_profiles' in case of buildings in the reference cross-sections.
37!
38! 108 2007-08-24 15:10:38Z letzel
39! Flux initialization in case of coupled runs, +momentum fluxes at top boundary,
40! +arrays for phase speed c_u, c_v, c_w, indices for u|v|w_m_l|r changed
41! +qswst_remote in case of atmosphere model with humidity coupled to ocean
42! Rayleigh damping for ocean, optionally calculate km and kh from initial
43! TKE e_init
44!
45! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
46! Initialization of salinity, call of init_ocean
47!
48! 87 2007-05-22 15:46:47Z raasch
49! var_hom and var_sum renamed pr_palm
50!
51! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
52! Arrays for radiation boundary conditions are allocated (u_m_l, u_m_r, etc.),
53! bugfix for cases with the outflow damping layer extending over more than one
54! subdomain, moisture renamed humidity,
55! new initializing action "by_user" calls user_init_3d_model,
56! precipitation_amount/rate, ts_value are allocated, +module netcdf_control,
57! initial velocities at nzb+1 are regarded for volume
58! flow control in case they have been set zero before (to avoid small timesteps)
59! -uvmean_outflow, uxrp, vynp eliminated
60!
61! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
62! +handling of top fluxes
63!
64! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
65!
66! Revision 1.49  2006/08/22 15:59:07  raasch
67! No optimization of this file on the ibmy (Yonsei Univ.)
68!
69! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
70! Initial revision
71!
72!
73! Description:
74! ------------
75! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
76! a) pre-run the 1D model
77! or
78! b) pre-set constant linear profiles
79! or
80! c) read values of a previous run
81!------------------------------------------------------------------------------!
82
83    USE arrays_3d
84    USE averaging
85    USE cloud_parameters
86    USE constants
87    USE control_parameters
88    USE cpulog
89    USE indices
90    USE interfaces
91    USE model_1d
92    USE netcdf_control
93    USE particle_attributes
94    USE pegrid
95    USE profil_parameter
96    USE random_function_mod
97    USE statistics
98
99    IMPLICIT NONE
100
101    INTEGER ::  i, ind_array(1), j, k, sr
102
103    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_l, ngp_3d_inner_l
104
105    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l,  &
106         ngp_2dh_s_inner_l
107
108    REAL ::  a, b
109
110    REAL, DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l, volume_flow_initial_l
111
112
113!
114!-- Allocate arrays
115    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
116              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
117              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
118              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
119              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
120              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
121    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt) )
122    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
123              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
124              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
125              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
126              rmask(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,0:statistic_regions),           &
127              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
128              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
129              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
130              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
131              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
132              ts_value(var_ts,0:statistic_regions) )
133    ALLOCATE( km_damp_x(nxl-1:nxr+1), km_damp_y(nys-1:nyn+1) )
134
135    ALLOCATE( rif_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), shf_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
136              ts(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), tswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
137              us(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), usws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
138              uswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                               &
139              vsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                                &
140              vswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), z0(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
141
142    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
143!
144!--    Leapfrog scheme needs two timelevels of diffusion quantities
145       ALLOCATE( rif_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
146                 shf_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
147                 tswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
148                 usws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
149                 uswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
150                 vswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
151                 vsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
152    ENDIF
153
154    ALLOCATE( d(nzb+1:nzta,nys:nyna,nxl:nxra),         &
155              e_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
156              e_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
157              e_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
158              kh_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
159              km_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
160              p(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),    &
161              pt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
162              pt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
163              pt_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
164              tend(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
165              u_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
166              u_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
167              u_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
168              v_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
169              v_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
170              v_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
171              w_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
172              w_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
173              w_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
174
175    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
176       ALLOCATE( kh_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
177                 km_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
178    ENDIF
179
180    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
181!
182!--    2D-humidity/scalar arrays
183       ALLOCATE ( qs(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),     &
184                  qsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
185                  qswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
186
187       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
188          ALLOCATE( qsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
189                    qswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
190       ENDIF
191!
192!--    3D-humidity/scalar arrays
193       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
194                 q_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
195                 q_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
196
197!
198!--    3D-arrays needed for humidity only
199       IF ( humidity )  THEN
200          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
201
202          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
203             ALLOCATE( vpt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
204          ENDIF
205
206          IF ( cloud_physics ) THEN
207!
208!--          Liquid water content
209             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
210!
211!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
212             ALLOCATE( precipitation_amount(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
213                       precipitation_rate(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
214          ENDIF
215
216          IF ( cloud_droplets )  THEN
217!
218!--          Liquid water content, change in liquid water content,
219!--          real volume of particles (with weighting), volume of particles
220             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
221                        ql_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
222                        ql_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
223                        ql_vp(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
224          ENDIF
225
226       ENDIF
227
228    ENDIF
229
230    IF ( ocean )  THEN
231       ALLOCATE( saswsb_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
232                 saswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
233       ALLOCATE( rho_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
234                 sa_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
235                 sa_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
236                 sa_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
237       rho => rho_1  ! routine calc_mean_profile requires density to be a
238                     ! pointer
239       IF ( humidity_remote )  THEN
240          ALLOCATE( qswst_remote(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
241          qswst_remote = 0.0
242       ENDIF
243    ENDIF
244
245!
246!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
247!-- particle velocities
248    IF ( use_sgs_for_particles )  THEN
249       ALLOCATE ( diss(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
250    ELSE
251       ALLOCATE ( diss(2,2,2) )  ! required because diss is used as a
252                                 ! formal parameter
253    ENDIF
254
255    IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
256       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
257                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
258       spectrum_x = 0.0
259       spectrum_y = 0.0
260    ENDIF
261
262!
263!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
264    IF ( plant_canopy ) THEN
265       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
266                  lad_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
267                  lad_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
268                  lad_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
269                  cdc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
270
271       IF ( passive_scalar ) THEN
272          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
273                     sec(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ) 
274       ENDIF
275
276       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
277          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
278                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
279       ENDIF
280
281    ENDIF
282
283!
284!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
285    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
286       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,1:4) )
287       rif_wall = 0.0
288    ENDIF
289
290!
291!-- Velocities at nzb+1 needed for volume flow control
292    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
293       ALLOCATE( u_nzb_p1_for_vfc(nys:nyn), v_nzb_p1_for_vfc(nxl:nxr) )
294       u_nzb_p1_for_vfc = 0.0
295       v_nzb_p1_for_vfc = 0.0
296    ENDIF
297
298!
299!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
300!-- are needed for radiation boundary conditions
301    IF ( outflow_l )  THEN
302       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,1:2), &
303                 v_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1), &
304                 w_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1) )
305    ENDIF
306    IF ( outflow_r )  THEN
307       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
308                 v_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
309                 w_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx) )
310    ENDIF
311    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
312       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), c_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), &
313                 c_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1) )
314    ENDIF
315    IF ( outflow_s )  THEN
316       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1), &
317                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxl-1:nxr+1), &
318                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1) )
319    ENDIF
320    IF ( outflow_n )  THEN
321       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
322                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
323                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1) )
324    ENDIF
325    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
326       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), c_v(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), &
327                 c_w(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1) )
328    ENDIF
329
330!
331!-- Initial assignment of the pointers
332    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
333
334       rif_m   => rif_1;    rif   => rif_2
335       shf_m   => shf_1;    shf   => shf_2
336       tswst_m => tswst_1;  tswst => tswst_2
337       usws_m  => usws_1;   usws  => usws_2
338       uswst_m => uswst_1;  uswst => uswst_2
339       vsws_m  => vsws_1;   vsws  => vsws_2
340       vswst_m => vswst_1;  vswst => vswst_2
341       e_m  => e_1;   e  => e_2;   e_p  => e_3;   te_m  => e_3
342       kh_m => kh_1;  kh => kh_2
343       km_m => km_1;  km => km_2
344       pt_m => pt_1;  pt => pt_2;  pt_p => pt_3;  tpt_m => pt_3
345       u_m  => u_1;   u  => u_2;   u_p  => u_3;   tu_m  => u_3
346       v_m  => v_1;   v  => v_2;   v_p  => v_3;   tv_m  => v_3
347       w_m  => w_1;   w  => w_2;   w_p  => w_3;   tw_m  => w_3
348
349       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
350          qsws_m  => qsws_1;   qsws  => qsws_2
351          qswst_m => qswst_1;  qswst => qswst_2
352          q_m    => q_1;     q    => q_2;     q_p => q_3;     tq_m => q_3
353          IF ( humidity )        vpt_m  => vpt_1;   vpt  => vpt_2
354          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
355          IF ( cloud_droplets )  THEN
356             ql   => ql_1
357             ql_c => ql_2
358          ENDIF
359       ENDIF
360
361    ELSE
362
363       rif   => rif_1
364       shf   => shf_1
365       tswst => tswst_1
366       usws  => usws_1
367       uswst => uswst_1
368       vsws  => vsws_1
369       vswst => vswst_1
370       e     => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3;   e_m  => e_3
371       kh    => kh_1
372       km    => km_1
373       pt    => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3;  pt_m => pt_3
374       u     => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3;   u_m  => u_3
375       v     => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3;   v_m  => v_3
376       w     => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3;   w_m  => w_3
377
378       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
379          qsws   => qsws_1
380          qswst  => qswst_1
381          q      => q_1;     q_p  => q_2;     tq_m  => q_3;    q_m => q_3
382          IF ( humidity )        vpt  => vpt_1
383          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
384          IF ( cloud_droplets )  THEN
385             ql   => ql_1
386             ql_c => ql_2
387          ENDIF
388       ENDIF
389
390       IF ( ocean )  THEN
391          saswsb => saswsb_1
392          saswst => saswst_1
393          sa     => sa_1;    sa_p => sa_2;    tsa_m => sa_3
394       ENDIF
395
396    ENDIF
397
398!
399!-- Initialize model variables
400    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
401         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
402!
403!--    First model run of a possible job queue.
404!--    Initial profiles of the variables must be computes.
405       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
406!
407!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
408!--       start 1D model
409          CALL init_1d_model
410!
411!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
412          DO  i = nxl-1, nxr+1
413             DO  j = nys-1, nyn+1
414                e(:,j,i)  = e1d
415                kh(:,j,i) = kh1d
416                km(:,j,i) = km1d
417                pt(:,j,i) = pt_init
418                u(:,j,i)  = u1d
419                v(:,j,i)  = v1d
420             ENDDO
421          ENDDO
422
423          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
424             DO  i = nxl-1, nxr+1
425                DO  j = nys-1, nyn+1
426                   q(:,j,i) = q_init
427                ENDDO
428             ENDDO
429          ENDIF
430
431          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
432             DO  i = nxl-1, nxr+1
433                DO  j = nys-1, nyn+1
434                   e(:,j,i)  = e1d
435                ENDDO
436             ENDDO
437!
438!--          Store initial profiles for output purposes etc.
439             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
440
441             IF ( prandtl_layer )  THEN
442                rif  = rif1d(nzb+1)
443                ts   = 0.0  ! could actually be computed more accurately in the
444                            ! 1D model. Update when opportunity arises.
445                us   = us1d
446                usws = usws1d
447                vsws = vsws1d
448             ELSE
449                ts   = 0.0  ! must be set, because used in
450                rif  = 0.0  ! flowste
451                us   = 0.0
452                usws = 0.0
453                vsws = 0.0
454             ENDIF
455
456          ELSE
457             e    = 0.0  ! must be set, because used in
458             rif  = 0.0  ! flowste
459             ts   = 0.0
460             us   = 0.0
461             usws = 0.0
462             vsws = 0.0
463          ENDIF
464          uswst = top_momentumflux_u
465          vswst = top_momentumflux_v
466
467!
468!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
469!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
470!--       Update when opportunity arises!
471          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  qs = 0.0
472
473!
474!--       inside buildings set velocities back to zero
475          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
476             DO  i = nxl-1, nxr+1
477                DO  j = nys-1, nyn+1
478                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0
479                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0
480                ENDDO
481             ENDDO
482             IF ( conserve_volume_flow )  THEN
483                IF ( nxr == nx )  THEN
484                   DO  j = nys, nyn
485                      DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx)
486                         u_nzb_p1_for_vfc(j) = u1d(k) * dzu(k)
487                      ENDDO
488                   ENDDO
489                ENDIF
490                IF ( nyn == ny )  THEN
491                   DO  i = nxl, nxr
492                      DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i)
493                         v_nzb_p1_for_vfc(i) = v1d(k) * dzu(k)
494                      ENDDO
495                   ENDDO
496                ENDIF
497             ENDIF
498!
499!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
500!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
501!--                   below the topography; need to correct later
502!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
503!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
504!--                     the topography.
505             IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
506!
507!--             Satisfying the Dirichlet condition with an extra layer below
508!--             the surface where the u and v component change their sign.
509                DO  i = nxl-1, nxr+1
510                   DO  j = nys-1, nyn+1
511                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = -u(1,j,i)
512                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = -v(1,j,i)
513                   ENDDO
514                ENDDO
515
516             ELSE
517!
518!--             Neumann condition
519                DO  i = nxl-1, nxr+1
520                   DO  j = nys-1, nyn+1
521                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
522                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
523                   ENDDO
524                ENDDO
525
526             ENDIF
527
528          ENDIF
529
530       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
531       THEN
532!
533!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
534!--       temperature profile with constant gradient)
535          DO  i = nxl-1, nxr+1
536             DO  j = nys-1, nyn+1
537                pt(:,j,i) = pt_init
538                u(:,j,i)  = u_init
539                v(:,j,i)  = v_init
540             ENDDO
541          ENDDO
542
543!
544!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
545!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
546!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
547!--       in the limiting formula!). The original values are stored to be later
548!--       used for volume flow control.
549          DO  i = nxl-1, nxr+1
550             DO  j = nys-1, nyn+1
551                u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
552                v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
553             ENDDO
554          ENDDO
555          IF ( conserve_volume_flow )  THEN
556             IF ( nxr == nx )  THEN
557                DO  j = nys, nyn
558                   DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx) + 1
559                      u_nzb_p1_for_vfc(j) = u_init(k) * dzu(k)
560                   ENDDO
561                ENDDO
562             ENDIF
563             IF ( nyn == ny )  THEN
564                DO  i = nxl, nxr
565                   DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i) + 1
566                      v_nzb_p1_for_vfc(i) = v_init(k) * dzu(k)
567                   ENDDO
568                ENDDO
569             ENDIF
570          ENDIF
571
572          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
573             DO  i = nxl-1, nxr+1
574                DO  j = nys-1, nyn+1
575                   q(:,j,i) = q_init
576                ENDDO
577             ENDDO
578          ENDIF
579
580          IF ( ocean )  THEN
581             DO  i = nxl-1, nxr+1
582                DO  j = nys-1, nyn+1
583                   sa(:,j,i) = sa_init
584                ENDDO
585             ENDDO
586          ENDIF
587         
588          IF ( constant_diffusion )  THEN
589             km   = km_constant
590             kh   = km / prandtl_number
591             e    = 0.0
592          ELSEIF ( e_init > 0.0 )  THEN
593             DO  k = nzb+1, nzt
594                km(k,:,:) = 0.1 * l_grid(k) * SQRT( e_init )
595             ENDDO
596             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
597             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
598             kh   = km / prandtl_number
599             e    = e_init
600          ELSE
601             IF ( .NOT. ocean )  THEN
602                kh   = 0.01   ! there must exist an initial diffusion, because
603                km   = 0.01   ! otherwise no TKE would be produced by the
604                              ! production terms, as long as not yet
605                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
606             ELSE
607                kh   = 0.00001
608                km   = 0.00001
609             ENDIF
610             e    = 0.0
611          ENDIF
612          rif   = 0.0
613          ts    = 0.0
614          us    = 0.0
615          usws  = 0.0
616          uswst = top_momentumflux_u
617          vsws  = 0.0
618          vswst = top_momentumflux_v
619          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0
620
621!
622!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
623!--       of a sloping surface
624          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
625
626       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
627       THEN
628!
629!--       Initialization will completely be done by the user
630          CALL user_init_3d_model
631
632       ENDIF
633
634!
635!--    Apply channel flow boundary condition
636       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
637
638          u(nzt+1,:,:) = 0.0
639          v(nzt+1,:,:) = 0.0
640
641!--       For the Dirichlet condition to be correctly applied at the top, set
642!--       ug and vg to zero there
643          ug(nzt+1)    = 0.0
644          vg(nzt+1)    = 0.0
645
646       ENDIF
647
648!
649!--    Calculate virtual potential temperature
650       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0 + 0.61 * q )
651
652!
653!--    Store initial profiles for output purposes etc.
654       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
655       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
656       IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
657          hom(nzb,1,5,:) = -hom(nzb+1,1,5,:)  ! due to satisfying the Dirichlet
658          hom(nzb,1,6,:) = -hom(nzb+1,1,6,:)  ! condition with an extra layer
659              ! below the surface where the u and v component change their sign
660       ENDIF
661       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
662       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
663       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
664
665       IF ( ocean )  THEN
666!
667!--       Store initial salinity profile
668          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
669       ENDIF
670
671       IF ( humidity )  THEN
672!
673!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
674!--       temperature
675          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
676          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
677          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
678!
679!--          Store initial profile of specific humidity and potential
680!--          temperature
681             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
682             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
683          ENDIF
684       ENDIF
685
686       IF ( passive_scalar )  THEN
687!
688!--       Store initial scalar profile
689          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
690       ENDIF
691
692!
693!--    Initialize fluxes at bottom surface
694       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
695
696          IF ( constant_heatflux )  THEN
697!
698!--          Heat flux is prescribed
699             IF ( random_heatflux )  THEN
700                CALL disturb_heatflux
701             ELSE
702                shf = surface_heatflux
703!
704!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
705                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
706                   DO  i = nxl-1, nxr+1
707                      DO  j = nys-1, nyn+1
708                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
709                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
710                         ENDIF
711                      ENDDO
712                   ENDDO
713                ENDIF
714             ENDIF
715             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = shf
716          ENDIF
717
718!
719!--       Determine the near-surface water flux
720          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
721             IF ( constant_waterflux )  THEN
722                qsws   = surface_waterflux
723                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )  qsws_m = qsws
724             ENDIF
725          ENDIF
726
727       ENDIF
728
729!
730!--    Initialize fluxes at top surface
731!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
732!--    The latent flux is zero in this case!
733       IF ( use_top_fluxes )  THEN
734
735          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
736!
737!--          Heat flux is prescribed
738             tswst = top_heatflux
739             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
740
741             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
742                qswst = 0.0
743                IF ( ASSOCIATED( qswst_m ) )  qswst_m = qswst
744             ENDIF
745
746             IF ( ocean )  THEN
747                saswsb = bottom_salinityflux
748                saswst = top_salinityflux
749             ENDIF
750          ENDIF
751
752!
753!--       Initialization in case of a coupled model run
754          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
755             tswst = 0.0
756             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
757          ENDIF
758
759       ENDIF
760
761!
762!--    Initialize Prandtl layer quantities
763       IF ( prandtl_layer )  THEN
764
765          z0 = roughness_length
766
767          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
768!
769!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
770!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
771!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
772!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
773!--          value in the course of the first few time steps.
774             shf   = 0.0
775             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = 0.0
776          ENDIF
777
778          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
779             IF ( .NOT. constant_waterflux )  THEN
780                qsws   = 0.0
781                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )   qsws_m = 0.0
782             ENDIF
783          ENDIF
784
785       ENDIF
786
787!
788!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
789       IF ( conserve_volume_flow )  THEN
790
791          volume_flow_initial_l = 0.0
792          volume_flow_area_l    = 0.0
793 
794          IF ( nxr == nx )  THEN
795             DO  j = nys, nyn
796                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
797                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
798                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
799                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
800                ENDDO
801!
802!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
803                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
804                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
805             ENDDO
806          ENDIF
807
808          IF ( nyn == ny )  THEN
809             DO  i = nxl, nxr
810                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
811                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
812                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
813                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
814                ENDDO
815!
816!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
817                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
818                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
819             ENDDO
820          ENDIF
821
822#if defined( __parallel )
823          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
824                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
825          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
826                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
827#else
828          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
829          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
830#endif
831!
832!--       In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is overridden
833!--       and calculated from u|v_bulk instead.
834          IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
835             volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
836             volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
837          ENDIF
838
839       ENDIF
840
841!
842!--    For the moment, perturbation pressure and vertical velocity are zero
843       p = 0.0; w = 0.0
844
845!
846!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
847       sums = 0.0
848
849!
850!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
851!--    are zero at beginning of the simulation
852       IF ( cloud_physics )  THEN
853          ql = 0.0
854          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0
855       ENDIF
856
857!
858!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
859       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
860          CALL init_rankine
861       ENDIF
862
863!
864!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
865       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
866          CALL init_pt_anomaly
867       ENDIF
868
869!
870!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
871       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
872          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
873       ENDIF
874
875!
876!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
877!--    run
878       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
879            q_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
880          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
881       ENDIF
882
883!
884!--    Initialize the random number generator (from numerical recipes)
885       CALL random_function_ini
886
887!
888!--    Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
889!--    remove the divergences from the velocity field
890       IF ( create_disturbances )  THEN
891          CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
892          CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
893          n_sor = nsor_ini
894          CALL pres
895          n_sor = nsor
896       ENDIF
897
898!
899!--    Once again set the perturbation pressure explicitly to zero in order to
900!--    assure that it does not generate any divergences in the first time step.
901!--    At t=0 the velocity field is free of divergence (as constructed above).
902!--    Divergences being created during a time step are not yet known and thus
903!--    cannot be corrected during the time step yet.
904       p = 0.0
905
906!
907!--    Initialize old and new time levels.
908       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
909          e_m = e; pt_m = pt; u_m = u; v_m = v; w_m = w; kh_m = kh; km_m = km
910       ELSE
911          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
912       ENDIF
913       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
914
915       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
916          IF ( ASSOCIATED( q_m ) )  q_m = q
917          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  tq_m = 0.0
918          q_p = q
919          IF ( humidity  .AND.  ASSOCIATED( vpt_m ) )  vpt_m = vpt
920       ENDIF
921
922       IF ( ocean )  THEN
923          tsa_m = 0.0
924          sa_p  = sa
925       ENDIF
926
927
928    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
929             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  &
930    THEN
931!
932!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data, first read
933!--    some of the global variables from restart file
934       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
935
936          WRITE (9,*) 'before read_parts_of_var_list'
937          CALL local_flush( 9 )
938          CALL read_parts_of_var_list
939          WRITE (9,*) 'after read_parts_of_var_list'
940          CALL local_flush( 9 )
941          CALL close_file( 13 )
942
943!
944!--       Initialization of the turbulence recycling method
945          IF ( turbulent_inflow )  THEN
946!
947!--          Store temporally and horizontally averaged vertical profiles to be
948!--          used as mean inflow profiles
949             ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
950
951             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
952             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
953             mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)    ! pt
954             mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)    ! e
955
956!
957!--          Use these mean profiles for the inflow (provided that Dirichlet
958!--          conditions are used)
959             IF ( inflow_l )  THEN
960                DO  j = nys-1, nyn+1
961                   DO  k = nzb, nzt+1
962                      u(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
963                      v(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
964                      w(k,j,-1)  = 0.0
965                      pt(k,j,-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
966                      e(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
967                   ENDDO
968                ENDDO
969             ENDIF
970
971!
972!--          Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
973!--          turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
974!--          vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
975!--          in time.
976             IF ( inflow_damping_height == 9999999.9 )  THEN
977!
978!--             Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
979!--             this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
980!--             specified.
981                IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0 )  THEN
982                   inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
983                ELSE
984                   WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',&
985                        'explicitly specified because&the inversion height ', &
986                        'calculated by the prerun is zero.'
987                   CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
988                ENDIF
989
990             ENDIF
991
992             IF ( inflow_damping_width == 9999999.9 )  THEN
993!
994!--             Default for the transition range: one tenth of the undamped
995!--             layer
996                inflow_damping_width = 0.1 * inflow_damping_height
997
998             ENDIF
999
1000             ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1001
1002             DO  k = nzb, nzt+1
1003
1004                IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1005                   inflow_damping_factor(k) = 1.0
1006                ELSEIF ( zu(k) <= inflow_damping_height +  &
1007                                  inflow_damping_width )  THEN
1008                   inflow_damping_factor(k) = 1.0 -                            &
1009                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1010                                           inflow_damping_width
1011                ELSE
1012                   inflow_damping_factor(k) = 0.0
1013                ENDIF
1014
1015             ENDDO
1016          ENDIF
1017
1018       ENDIF
1019
1020!
1021!--    Read binary data from restart file
1022          WRITE (9,*) 'before read_3d_binary'
1023          CALL local_flush( 9 )
1024       CALL read_3d_binary
1025          WRITE (9,*) 'after read_3d_binary'
1026          CALL local_flush( 9 )
1027
1028!
1029!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1030       IF ( conserve_volume_flow  .AND.  &
1031            TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1032
1033          volume_flow_initial_l = 0.0
1034          volume_flow_area_l    = 0.0
1035 
1036          IF ( nxr == nx )  THEN
1037             DO  j = nys, nyn
1038                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
1039                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1040                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
1041                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
1042                ENDDO
1043!
1044!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1045!--             Note: at present, u_nzb_p1_for_vfc is zero (maybe revise later)
1046                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1047                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
1048             ENDDO
1049          ENDIF
1050
1051          IF ( nyn == ny )  THEN
1052             DO  i = nxl, nxr
1053                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
1054                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1055                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
1056                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
1057                ENDDO
1058!
1059!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1060!--             Note: at present, v_nzb_p1_for_vfc is zero (maybe revise later)
1061                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1062                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
1063             ENDDO
1064          ENDIF
1065
1066#if defined( __parallel )
1067          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1068                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1069          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1070                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1071#else
1072          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1073          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1074#endif 
1075       ENDIF
1076
1077
1078!
1079!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1080!--    of a sloping surface
1081       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1082
1083!
1084!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1085!--    including ghost points)
1086       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1087       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  q_p = q
1088       IF ( ocean )  sa_p = sa
1089
1090!
1091!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1092!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1093!--    there before they are set.
1094       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1095          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
1096          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  tq_m = 0.0
1097          IF ( ocean )  tsa_m = 0.0
1098       ENDIF
1099
1100    ELSE
1101!
1102!--    Actually this part of the programm should not be reached
1103       message_string = 'unknown initializing problem'
1104       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1105    ENDIF
1106
1107
1108    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1109!
1110!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1111       IF ( outflow_l )  THEN
1112          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1113          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1114          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1115       ENDIF
1116       IF ( outflow_r )  THEN
1117          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1118          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1119          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1120       ENDIF
1121       IF ( outflow_s )  THEN
1122          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1123          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1124          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1125       ENDIF
1126       IF ( outflow_n )  THEN
1127          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1128          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1129          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1130       ENDIF
1131
1132    ENDIF
1133
1134!
1135!-- Initialization of the leaf area density
1136    IF ( plant_canopy ) THEN
1137 
1138       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1139
1140          CASE( 'block' )
1141
1142             DO  i = nxl-1, nxr+1
1143                DO  j = nys-1, nyn+1
1144                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1145                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
1146                   IF ( passive_scalar ) THEN
1147                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1148                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1149                   ENDIF
1150                ENDDO
1151             ENDDO
1152
1153          CASE DEFAULT
1154
1155!
1156!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1157!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1158!--          user has coded a special case in the user interface.
1159!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1160!--          which of these two conditions applies.
1161             CALL user_init_plant_canopy
1162 
1163          END SELECT
1164
1165       CALL exchange_horiz( lad_s )
1166       CALL exchange_horiz( cdc )
1167
1168       IF ( passive_scalar ) THEN
1169          CALL exchange_horiz( sls )
1170          CALL exchange_horiz( sec )
1171       ENDIF
1172
1173!
1174!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1175!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1176!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1177!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1178!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1179
1180       DO  i = nxl, nxr
1181          DO  j = nys, nyn
1182             DO  k = nzb, nzt+1 
1183                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0 ) THEN
1184                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1185                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1186                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1187                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1188                ENDIF
1189             ENDDO
1190             DO  k = nzb, nzt
1191                lad_w(k,j,i) = 0.5 * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
1192             ENDDO
1193          ENDDO
1194       ENDDO
1195
1196       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0
1197       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
1198
1199       CALL exchange_horiz( lad_u )
1200       CALL exchange_horiz( lad_v )
1201       CALL exchange_horiz( lad_w )
1202
1203!
1204!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
1205       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
1206!
1207!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1208!--       integration of the leaf area density
1209          lai(:,:,:) = 0.0
1210          DO  i = nxl-1, nxr+1
1211             DO  j = nys-1, nyn+1
1212                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1213                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
1214                                ( 0.5 * ( lad_w(k+1,j,i) +       &
1215                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1216                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
1217                                ( 0.5 * ( lad_w(k,j,i)   +       &
1218                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1219                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1220                ENDDO
1221             ENDDO
1222          ENDDO
1223
1224!
1225!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1226!--       canopy
1227          DO  i = nxl-1, nxr+1
1228             DO  j = nys-1, nyn+1
1229                DO  k = 0, pch_index
1230                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
1231                                             exp( -0.6 * lai(k,j,i) )
1232                ENDDO
1233             ENDDO
1234          ENDDO
1235
1236!
1237!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1238!--       distribution within the canopy
1239          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1240
1241          IF ( ASSOCIATED( shf_m ) ) shf_m = shf
1242
1243       ENDIF
1244
1245    ENDIF
1246
1247!
1248!-- If required, initialize dvrp-software
1249    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9 )  CALL init_dvrp
1250
1251    IF ( ocean )  THEN
1252!
1253!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1254       CALL init_ocean
1255    ELSE
1256!
1257!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1258!--    This routine must be called before init_particles, because
1259!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1260!--    init_particles) is not defined.
1261       CALL init_cloud_physics
1262    ENDIF
1263
1264!
1265!-- If required, initialize particles
1266    IF ( particle_advection )  CALL init_particles
1267
1268!
1269!-- Initialize quantities for special advections schemes
1270    CALL init_advec
1271
1272!
1273!-- Initialize Rayleigh damping factors
1274    rdf = 0.0
1275    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0 )  THEN
1276       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1277          DO  k = nzb+1, nzt
1278             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1279                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1280                      ( SIN( pi * 0.5 * ( zu(k) - rayleigh_damping_height )    &
1281                                      / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
1282                      )**2
1283             ENDIF
1284          ENDDO
1285       ELSE
1286          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1287             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1288                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1289                      ( SIN( pi * 0.5 * ( rayleigh_damping_height - zu(k) )    &
1290                                      / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
1291                      )**2
1292             ENDIF
1293          ENDDO
1294       ENDIF
1295    ENDIF
1296
1297!
1298!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1299!-- the external pressure gradient
1300    dp_smooth_factor = 1.0
1301    IF ( dp_external )  THEN
1302!
1303!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1304!--    (e.g. in init_grid).
1305       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1306          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1307          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1308                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1309       ENDIF
1310       IF ( dp_smooth )  THEN
1311          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0
1312          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1313             dp_smooth_factor(k) = 0.5 * ( 1.0 + SIN( pi * &
1314                  ( REAL( k - dp_level_ind_b ) /  &
1315                    REAL( nzt - dp_level_ind_b ) - 0.5 ) ) )
1316          ENDDO
1317       ENDIF
1318    ENDIF
1319
1320!
1321!-- Initialize diffusivities used within the outflow damping layer in case of
1322!-- non-cyclic lateral boundaries. A linear increase is assumed over the first
1323!-- half of the width of the damping layer
1324    IF ( bc_lr == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1325
1326       DO  i = nxl-1, nxr+1
1327          IF ( i >= nx - outflow_damping_width )  THEN
1328             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1329                            ( i - ( nx - outflow_damping_width ) ) /   &
1330                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1331                                             )
1332          ELSE
1333             km_damp_x(i) = 0.0
1334          ENDIF
1335       ENDDO
1336
1337    ELSEIF ( bc_lr == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1338
1339       DO  i = nxl-1, nxr+1
1340          IF ( i <= outflow_damping_width )  THEN
1341             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1342                            ( outflow_damping_width - i ) /            &
1343                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1344                                             )
1345          ELSE
1346             km_damp_x(i) = 0.0
1347          ENDIF
1348       ENDDO
1349
1350    ENDIF
1351
1352    IF ( bc_ns == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1353
1354       DO  j = nys-1, nyn+1
1355          IF ( j >= ny - outflow_damping_width )  THEN
1356             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1357                            ( j - ( ny - outflow_damping_width ) ) /   &
1358                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1359                                             )
1360          ELSE
1361             km_damp_y(j) = 0.0
1362          ENDIF
1363       ENDDO
1364
1365    ELSEIF ( bc_ns == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1366
1367       DO  j = nys-1, nyn+1
1368          IF ( j <= outflow_damping_width )  THEN
1369             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1370                            ( outflow_damping_width - j ) /            &
1371                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1372                                             )
1373          ELSE
1374             km_damp_y(j) = 0.0
1375          ENDIF
1376       ENDDO
1377
1378    ENDIF
1379
1380!
1381!-- Initialize local summation arrays for UP flow_statistics. This is necessary
1382!-- because they may not yet have been initialized when they are called from
1383!-- flow_statistics (or - depending on the chosen model run - are never
1384!-- initialized)
1385    sums_divnew_l      = 0.0
1386    sums_divold_l      = 0.0
1387    sums_l_l           = 0.0
1388    sums_up_fraction_l = 0.0
1389    sums_wsts_bc_l     = 0.0
1390
1391!
1392!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1393    rmask = 1.0
1394
1395!
1396!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1397!-- of allowed timeseries is not exceeded
1398    CALL user_init
1399
1400    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1401       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds', &
1402                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,    &
1403                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1404       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
1405    ENDIF
1406
1407!
1408!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1409!-- after call of user_init!
1410    CALL close_file( 13 )
1411
1412!
1413!-- Compute total sum of active mask grid points
1414!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1415!--          total domain
1416!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1417    ngp_2dh_outer_l   = 0
1418    ngp_2dh_outer     = 0
1419    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1420    ngp_2dh_s_inner   = 0
1421    ngp_2dh_l         = 0
1422    ngp_2dh           = 0
1423    ngp_3d_inner_l    = 0
1424    ngp_3d_inner      = 0
1425    ngp_3d            = 0
1426    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1427
1428    DO  sr = 0, statistic_regions
1429       DO  i = nxl, nxr
1430          DO  j = nys, nyn
1431             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0 )  THEN
1432!
1433!--             All xy-grid points
1434                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1435!
1436!--             xy-grid points above topography
1437                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1438                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1439                ENDDO
1440                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1441                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1442                ENDDO
1443!
1444!--             All grid points of the total domain above topography
1445                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1446                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1447             ENDIF
1448          ENDDO
1449       ENDDO
1450    ENDDO
1451
1452    sr = statistic_regions + 1
1453#if defined( __parallel )
1454    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,  &
1455                        comm2d, ierr )
1456    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr, &
1457                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1458    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),        &
1459                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1460    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner(0), sr, MPI_INTEGER, &
1461                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1462#else
1463    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1464    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1465    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1466    ngp_3d_inner    = ngp_3d_inner_l
1467#endif
1468
1469    ngp_3d = ngp_2dh * ( nz + 2 )
1470
1471!
1472!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1473!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1474!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1475    ngp_2dh_outer = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:) ) 
1476    ngp_3d_inner  = MAX( 1, ngp_3d_inner(:)    )
1477
1478    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l )
1479
1480
1481 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.