source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 3347

Last change on this file since 3347 was 3347, checked in by suehring, 3 years ago

Offline nesting revised and separated from large_scale_forcing_mod; Time-dependent synthetic turbulence generator; bugfixes in USM/LSM radiation model and init_pegrid

  • Property svn:keywords set to Id
  • Property svn:mergeinfo set to False
    /palm/branches/chemistry/SOURCE/init_3d_model.f902047-3190,​3218-3297
    /palm/branches/forwind/SOURCE/init_3d_model.f901564-1913
    /palm/branches/palm4u/SOURCE/init_3d_model.f902540-2692
    /palm/branches/rans/SOURCE/init_3d_model.f902078-3128
File size: 96.3 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 3347 2018-10-15 14:21:08Z suehring $
27! - Separate offline nesting from large_scale_nudging_mod
28! - Improve the synthetic turbulence generator
29!
30! 3298 2018-10-02 12:21:11Z kanani
31! Minor formatting (kanani)
32! Added CALL to the chem_emissions module (Russo)
33!
34! 3294 2018-10-01 02:37:10Z raasch
35! allocate and set stokes drift velocity profiles
36!
37! 3298 2018-10-02 12:21:11Z kanani
38! Minor formatting (kanani)
39! Added CALL to the chem_emissions module (Russo)
40!
41! 3294 2018-10-01 02:37:10Z raasch
42! changes concerning modularization of ocean option
43!
44! 3289 2018-09-28 10:23:58Z suehring
45! Introduce module parameter for number of inflow profiles
46!
47! 3288 2018-09-28 10:23:08Z suehring
48! Modularization of all bulk cloud physics code components
49!
50! 3241 2018-09-12 15:02:00Z raasch
51! unused variables removed
52!
53! 3234 2018-09-07 13:46:58Z schwenkel
54! The increase of dots_num in case of radiation or land surface model must
55! be done before user_init is called
56!
57! 3183 2018-07-27 14:25:55Z suehring
58! Revise Inifor initialization
59!
60! 3182 2018-07-27 13:36:03Z suehring
61! Added multi agent system
62!
63! 3129 2018-07-16 07:45:13Z gronemeier
64! Move initialization call for nudging and 1D/3D offline nesting.
65! Revise initialization with inifor data.
66!
67! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
68! Error messages revised
69!
70! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
71! Error messages revised
72!
73! 3042 2018-05-25 10:44:37Z schwenkel
74! Changed the name specific humidity to mixing ratio
75!
76! 3040 2018-05-25 10:22:08Z schwenkel
77! Add option to initialize warm air bubble close to surface
78!
79! 3014 2018-05-09 08:42:38Z maronga
80! Bugfix: initialization of ts_value missing
81!
82! 3011 2018-05-07 14:38:42Z schwenkel
83! removed redundant if statement
84!
85! 3004 2018-04-27 12:33:25Z Giersch
86! precipitation_rate removed
87!
88! 2995 2018-04-19 12:13:16Z Giersch
89! CALL radiation_control is not necessary during initialization because
90! calculation of radiative fluxes at model start is done in radiation_init
91! in any case
92!
93! 2977 2018-04-17 10:27:57Z kanani
94! Implement changes from branch radiation (r2948-2971) with minor modifications
95! (moh.hefny):
96! - set radiation_interactions according to the existence of urban/land vertical
97!   surfaces and trees to activiate RTM
98! - set average_radiation to TRUE if RTM is activiated
99!
100! 2938 2018-03-27 15:52:42Z suehring
101! - Revise Inifor initialization for geostrophic wind components
102! - Initialize synthetic turbulence generator in case of Inifor initialization 
103!
104! 2936 2018-03-27 14:49:27Z suehring
105! Synchronize parent and child models after initialization.
106! Remove obsolete masking of topography grid points for Runge-Kutta weighted
107! tendency arrays.
108!
109! 2920 2018-03-22 11:22:01Z kanani
110! Add call for precalculating apparent solar positions (moh.hefny)
111!
112! 2906 2018-03-19 08:56:40Z Giersch
113! The variables read/write_svf_on_init have been removed. Instead ENVIRONMENT
114! variables read/write_svf have been introduced. Location_message has been
115! added.
116!
117! 2894 2018-03-15 09:17:58Z Giersch
118! Renamed routines with respect to reading restart data, file 13 is closed in
119! rrd_read_parts_of_global now
120!
121! 2867 2018-03-09 09:40:23Z suehring
122! Further bugfix concerning call of user_init.
123!
124! 2864 2018-03-08 11:57:45Z suehring
125! Bugfix, move call of user_init in front of initialization of grid-point
126! arrays
127!
128! 2817 2018-02-19 16:32:21Z knoop
129! Preliminary gust module interface implemented
130!
131! 2776 2018-01-31 10:44:42Z Giersch
132! Variable use_synthetic_turbulence_generator has been abbreviated
133!
134! 2766 2018-01-22 17:17:47Z kanani
135! Removed preprocessor directive __chem
136!
137! 2758 2018-01-17 12:55:21Z suehring
138! In case of spinup of land- and urban-surface model, do not mask wind velocity
139! at first computational grid level
140!
141! 2746 2018-01-15 12:06:04Z suehring
142! Move flag plant canopy to modules
143!
144! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
145! Corrected "Former revisions" section
146!
147! 2705 2017-12-18 11:26:23Z maronga
148! Bugfix for reading initial profiles from ls/nuding file
149!
150! 2701 2017-12-15 15:40:50Z suehring
151! Changes from last commit documented
152!
153! 2700 2017-12-15 14:12:35Z suehring
154! Bugfix, missing initialization of surface attributes in case of
155! inifor-initialization branch
156!
157! 2698 2017-12-14 18:46:24Z suehring
158! Bugfix in get_topography_top_index
159!
160! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
161! Change in file header (GPL part)
162! Implementation of uv exposure model (FK)
163! Moved initialisation of diss, e, kh, km to turbulence_closure_mod (TG)
164! Added chemical emissions (FK)
165! Initialize masking arrays and number-of-grid-points arrays before initialize
166! LSM, USM and radiation module
167! Initialization with inifor (MS)
168!
169! 2618 2017-11-16 15:37:30Z suehring
170! Reorder calls of init_surfaces.
171!
172! 2564 2017-10-19 15:56:56Z Giersch
173! Variable wind_turbine was added to control_parameters.
174!
175! 2550 2017-10-16 17:12:01Z boeske
176! Modifications to cyclic fill method and turbulence recycling method in case of
177! complex terrain simulations
178!
179! 2513 2017-10-04 09:24:39Z kanani
180! Bugfix in storing initial scalar profile (wrong index)
181!
182! 2350 2017-08-15 11:48:26Z kanani
183! Bugfix in nopointer version
184!
185! 2339 2017-08-07 13:55:26Z gronemeier
186! corrected timestamp in header
187!
188! 2338 2017-08-07 12:15:38Z gronemeier
189! Modularize 1D model
190!
191! 2329 2017-08-03 14:24:56Z knoop
192! Removed temporary bugfix (r2327) as bug is properly resolved by this revision
193!
194! 2327 2017-08-02 07:40:57Z maronga
195! Temporary bugfix
196!
197! 2320 2017-07-21 12:47:43Z suehring
198! Modularize large-scale forcing and nudging
199!
200! 2292 2017-06-20 09:51:42Z schwenkel
201! Implementation of new microphysic scheme: cloud_scheme = 'morrison'
202! includes two more prognostic equations for cloud drop concentration (nc) 
203! and cloud water content (qc).
204!
205! 2277 2017-06-12 10:47:51Z kanani
206! Removed unused variable sums_up_fraction_l
207!
208! 2270 2017-06-09 12:18:47Z maronga
209! dots_num must be increased when LSM and/or radiation is used
210!
211! 2259 2017-06-08 09:09:11Z gronemeier
212! Implemented synthetic turbulence generator
213!
214! 2252 2017-06-07 09:35:37Z knoop
215! rho_air now depending on surface_pressure even in Boussinesq mode
216!
217! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
218!
219! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
220! Adjustments to new topography and surface concept:
221!   - Modify passed parameters for disturb_field
222!   - Topography representation via flags
223!   - Remove unused arrays.
224!   - Move initialization of surface-related quantities to surface_mod
225!
226! 2172 2017-03-08 15:55:25Z knoop
227! Bugfix: moved parallel random generator initialization into its module
228!
229! 2118 2017-01-17 16:38:49Z raasch
230! OpenACC directives removed
231!
232! 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop
233! Anelastic approximation implemented
234!
235! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
236! renamed variable rho to rho_ocean
237!
238! 2011 2016-09-19 17:29:57Z kanani
239! Flag urban_surface is now defined in module control_parameters.
240!
241! 2007 2016-08-24 15:47:17Z kanani
242! Added support for urban surface model,
243! adjusted location_message in case of plant_canopy
244!
245! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
246! Forced header and separation lines into 80 columns
247!
248! 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring
249! Initializaton of scalarflux at model top
250! Bugfixes in initialization of surface and top salinity flux, top scalar and
251! humidity fluxes
252!
253! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
254! Separate humidity and passive scalar
255! Increase dimension for mean_inflow_profiles
256! Remove inadvertent write-statement
257! Bugfix, large-scale forcing is still not implemented for passive scalars
258!
259! 1957 2016-07-07 10:43:48Z suehring
260! flight module added
261!
262! 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring
263! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
264! calculation of Obukhov length
265!
266! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
267! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
268! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
269!         routine because otherwise results from pres are overwritten
270!
271! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
272! Added initialization of the wind turbine model
273!
274! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
275! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
276!
277! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
278! Adapted for modularization of microphysics.
279! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
280! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
281! bcm_init.
282!
283! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
284! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
285!
286! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
287! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
288!
289! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
290! turbulence renamed collision_turbulence
291!
292! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
293! Renamed radiation calls.
294! Renamed canopy model calls.
295!
296! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
297! icloud_scheme replaced by microphysics_*
298!
299! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
300! Renamed lsm calls.
301!
302! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
303! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
304! in r1762)
305!
306! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
307! Added z0q.
308! Syntax layout improved.
309!
310! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
311! netcdf module name changed + related changes
312!
313! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
314! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
315!
316! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
317! Introduction of nested domain feature
318!
319! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
320! calculate mean surface level height for each statistic region
321!
322! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
323! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
324! set zero
325!
326! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
327! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
328! devision by zero in neutral stratification
329!
330! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
331! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
332!
333! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
334! Code annotations made doxygen readable
335!
336! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
337! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
338!
339! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
340! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
341!
342! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
343! adjustments for psolver-queries
344!
345! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
346! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
347! which is part of land_surface_model.
348!
349! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
350! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
351!
352! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
353! Added initialization of the land surface and radiation schemes
354!
355! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
356! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
357! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
358! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
359! call of subroutine init_plant_canopy added.
360!
361! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
362! var_d added, in order to normalize spectra.
363!
364! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
365! Ensemble run capability added to parallel random number generator
366!
367! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
368! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
369! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
370!
371! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
372! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
373! no-slip boundary condition for uv
374!
375! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
376! location messages modified
377!
378! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
379! Parallel random number generator added
380!
381! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
382! location messages added
383!
384! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
385! tend_* removed
386! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
387!
388! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
389! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
390! module
391!
392! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
393! REAL constants provided with KIND-attribute
394!
395! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
396! REAL constants defined as wp-kind
397!
398! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
399! REAL constants defined as wp-kind
400! module interfaces removed
401!
402! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
403! ONLY-attribute added to USE-statements,
404! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
405! kinds are defined in new module kinds,
406! revision history before 2012 removed,
407! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
408! all variable declaration statements
409!
410! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
411! Bugfix: allocation of w_subs
412!
413! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
414! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
415! with large scale forcing data (LSF_DATA)
416!
417! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
418! Overwrite initial profiles in case of nudging
419! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
420!
421! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
422! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
423! copy
424!
425! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
426! array tri is allocated and included in data copy statement
427!
428! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
429! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
430!
431! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
432! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
433!
434! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
435! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
436!
437! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
438! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
439!
440! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
441! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
442! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
443!
444! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
445! unused variables removed
446!
447! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
448! openACC directive modified
449!
450! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
451! openACC directives added for pres
452! array diss allocated only if required
453!
454! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
455! unused variables removed
456!
457! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
458! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
459!
460! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
461! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
462! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
463! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
464! +tend_*, prr
465!
466! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
467! code put under GPL (PALM 3.9)
468!
469! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
470! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
471!
472! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
473! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
474!
475! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
476! mask is set to zero for ghost boundaries
477!
478! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
479! cpp switch __nopointer added for pointer free version
480!
481! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
482! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
483!
484! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
485! all actions concerning leapfrog scheme removed
486!
487! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
488! little reformatting
489!
490! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
491! outflow damping layer removed
492! roughness length for scalar quantites z0h added
493! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
494! boundaries added
495! initialization of ptdf_x, ptdf_y
496! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
497!
498! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
499! init_particles renamed lpm_init
500!
501! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
502! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
503!
504! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
505! Initial revision
506!
507!
508! Description:
509! ------------
510!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
511!> a) pre-run the 1D model
512!> or
513!> b) pre-set constant linear profiles
514!> or
515!> c) read values of a previous run
516!------------------------------------------------------------------------------!
517 SUBROUTINE init_3d_model
518
519
520    USE advec_ws
521
522    USE arrays_3d
523
524    USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
525        ONLY:  c_p, g, l_v, pi, r_d, exner_function, exner_function_invers,    &
526               ideal_gas_law_rho, ideal_gas_law_rho_pt, barometric_formula
527
528    USE bulk_cloud_model_mod,                                                  &
529        ONLY:  bulk_cloud_model, bcm_init, bcm_init_arrays
530
531    USE chem_emissions_mod,                                                    &
532        ONLY:  chem_emissions_init
533
534    USE chem_modules,                                                          &
535        ONLY:  do_emis, max_pr_cs, nspec_out
536
537    USE control_parameters
538
539    USE flight_mod,                                                            &
540        ONLY:  flight_init
541
542    USE grid_variables,                                                        &
543        ONLY:  dx, dy, ddx2_mg, ddy2_mg
544
545    USE gust_mod,                                                              &
546        ONLY:  gust_init, gust_init_arrays, gust_module_enabled
547   
548    USE indices
549   
550    USE kinds
551
552    USE land_surface_model_mod,                                                &
553        ONLY:  lsm_init, lsm_init_arrays
554
555    USE lpm_init_mod,                                                          &
556        ONLY:  lpm_init
557 
558    USE lsf_nudging_mod,                                                       &
559        ONLY:  lsf_init, ls_forcing_surf, nudge_init
560
561    USE model_1d_mod,                                                          &
562        ONLY:  init_1d_model, l1d, u1d, v1d
563
564    USE multi_agent_system_mod,                                                &
565        ONLY:  agents_active, mas_init
566
567    USE netcdf_interface,                                                      &
568        ONLY:  dots_max, dots_num, dots_unit, dots_label
569
570    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
571        ONLY:  chem_emis, chem_emis_att, init_3d,                              &
572               netcdf_data_input_init_3d, netcdf_data_input_interpolate
573       
574    USE nesting_offl_mod,                                                      &
575        ONLY:  nesting_offl_init
576
577    USE ocean_mod,                                                             &
578        ONLY:  ocean_init, ocean_init_arrays
579
580    USE particle_attributes,                                                   &
581        ONLY:  particle_advection
582
583    USE pegrid
584
585    USE plant_canopy_model_mod,                                                &
586        ONLY:  pcm_init
587
588    USE pmc_interface,                                                         &
589        ONLY:  nested_run
590
591    USE radiation_model_mod,                                                   &
592        ONLY:  average_radiation,                                              &
593               radiation_init, radiation, radiation_scheme,                    &
594               radiation_calc_svf, radiation_write_svf,                        &
595               radiation_interaction, radiation_interactions,                  &
596               radiation_interaction_init, radiation_read_svf,                 &
597               radiation_presimulate_solar_pos, radiation_interactions_on
598   
599    USE random_function_mod
600   
601    USE random_generator_parallel,                                             &
602        ONLY:  init_parallel_random_generator
603
604    USE read_restart_data_mod,                                                 &
605        ONLY:  rrd_read_parts_of_global, rrd_local                                     
606   
607    USE statistics,                                                            &
608        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
609               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
610               sums_l_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,                             &
611               weight_pres, weight_substep
612
613    USE synthetic_turbulence_generator_mod,                                    &
614        ONLY:  parametrize_inflow_turbulence, stg_adjust, stg_init,            &
615               use_syn_turb_gen
616               
617    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
618        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
619
620    USE surface_mod,                                                           &
621        ONLY :  init_surface_arrays, init_surfaces, surf_def_h, surf_lsm_h,    &
622                surf_usm_h, get_topography_top_index_ji, vertical_surfaces_exist
623   
624    USE transpose_indices
625
626    USE turbulence_closure_mod,                                                &
627        ONLY:  tcm_init_arrays, tcm_init
628
629    USE urban_surface_mod,                                                     &
630        ONLY:  usm_init_urban_surface, usm_allocate_surface
631
632    USE uv_exposure_model_mod,                                                 &
633        ONLY:  uvem_init, uvem_init_arrays
634
635    USE wind_turbine_model_mod,                                                &
636        ONLY:  wtm_init, wtm_init_arrays
637
638    IMPLICIT NONE
639
640    INTEGER(iwp) ::  i             !<
641    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !<
642    INTEGER(iwp) ::  j             !<
643    INTEGER(iwp) ::  k             !<
644    INTEGER(iwp) ::  k_surf        !< surface level index
645    INTEGER(iwp) ::  m             !< index of surface element in surface data type
646    INTEGER(iwp) ::  sr            !< index of statistic region
647
648    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !<
649
650    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !<
651    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !<
652
653    REAL(wp)     ::  t_surface !< air temperature at the surface
654
655    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  init_l        !< dummy array used for averaging 3D data to obtain inital profiles
656    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  p_hydrostatic !< hydrostatic pressure
657
658    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
659    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
660    REAL(wp) ::  dx_l !< grid spacing along x on different multigrid level
661    REAL(wp) ::  dy_l !< grid spacing along y on different multigrid level
662
663    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !<
664    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !<
665
666    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l    !<
667    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !<
668    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !<
669
670    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift   !<
671    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift   !<
672    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift   !<
673    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift   !<
674    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift_l !<
675    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift_l !<
676    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift_l !<
677    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift_l !<
678
679    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
680!
681!-- Allocate arrays
682    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
683              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
684              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
685              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
686              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
687              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
688              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
689              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
690              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
691    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
692    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
693              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
694              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
695              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
696              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
697              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                             &
698              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),      &
699              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
700              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                   &
701              ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
702    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
703
704    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
705              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
706              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
707
708#if defined( __nopointer )
709    ALLOCATE( pt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                               &
710              pt_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
711              u(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
712              u_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
713              v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
714              v_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
715              w(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
716              w_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
717              tpt_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                            &
718              tu_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
719              tv_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
720              tw_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
721#else
722    ALLOCATE( pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
723              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
724              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
725              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
726              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
727              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
728              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
729              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
730              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
731              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
732              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
733    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
734       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
735    ENDIF
736#endif
737
738!
739!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
740!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
741!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
742!-- solver.
743    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
744       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
745    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
746!
747!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
748       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
749    ENDIF
750
751!
752!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
753    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
754       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
755       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
756    ENDIF
757
758    IF ( humidity )  THEN
759!
760!--    3D-humidity
761#if defined( __nopointer )
762       ALLOCATE( q(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
763                 q_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
764                 tq_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                          &
765                 vpt(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
766#else
767       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
768                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
769                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
770                 vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ) 
771#endif
772
773       IF ( cloud_droplets )  THEN
774!
775!--       Liquid water content, change in liquid water content
776#if defined( __nopointer )
777          ALLOCATE ( ql(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
778                     ql_c(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
779#else
780          ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
781                     ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
782#endif
783!
784!--       Real volume of particles (with weighting), volume of particles
785          ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
786                     ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
787       ENDIF
788
789    ENDIF   
790   
791    IF ( passive_scalar )  THEN
792
793!
794!--    3D scalar arrays
795#if defined( __nopointer )
796       ALLOCATE( s(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
797                 s_p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
798                 ts_m(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
799#else
800       ALLOCATE( s_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
801                 s_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
802                 s_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
803#endif
804    ENDIF
805
806!
807!-- Allocate and set 1d-profiles for Stokes drift velocity. It may be set to
808!-- non-zero values later in ocean_init
809    ALLOCATE( u_stokes_zu(nzb:nzt+1), u_stokes_zw(nzb:nzt+1),                  &
810              v_stokes_zu(nzb:nzt+1), v_stokes_zw(nzb:nzt+1) )
811    u_stokes_zu(:) = 0.0_wp
812    u_stokes_zw(:) = 0.0_wp
813    v_stokes_zu(:) = 0.0_wp
814    v_stokes_zw(:) = 0.0_wp
815
816!
817!-- Allocation of anelastic and Boussinesq approximation specific arrays
818    ALLOCATE( p_hydrostatic(nzb:nzt+1) )
819    ALLOCATE( rho_air(nzb:nzt+1) )
820    ALLOCATE( rho_air_zw(nzb:nzt+1) )
821    ALLOCATE( drho_air(nzb:nzt+1) )
822    ALLOCATE( drho_air_zw(nzb:nzt+1) )
823!
824!-- Density profile calculation for anelastic approximation
825    t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**( r_d / c_p )
826    IF ( TRIM( approximation ) == 'anelastic' ) THEN
827       DO  k = nzb, nzt+1
828          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
829                                ( 1 - ( g * zu(k) ) / ( c_p * t_surface )      &
830                                )**( c_p / r_d )
831          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
832                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
833                                  )**( r_d / c_p )                             &
834                                ) / ( r_d * pt_init(k) )
835       ENDDO
836       DO  k = nzb, nzt
837          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
838       ENDDO
839       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
840                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
841    ELSE
842       DO  k = nzb, nzt+1
843          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
844                                ( 1 - ( g * zu(nzb) ) / ( c_p * t_surface )    &
845                                )**( c_p / r_d )
846          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
847                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
848                                  )**( r_d / c_p )                             &
849                                ) / ( r_d * pt_init(nzb) )
850       ENDDO
851       DO  k = nzb, nzt
852          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
853       ENDDO
854       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
855                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
856    ENDIF
857!
858!-- compute the inverse density array in order to avoid expencive divisions
859    drho_air    = 1.0_wp / rho_air
860    drho_air_zw = 1.0_wp / rho_air_zw
861
862!
863!-- Allocation of flux conversion arrays
864    ALLOCATE( heatflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
865    ALLOCATE( waterflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
866    ALLOCATE( momentumflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
867    ALLOCATE( heatflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
868    ALLOCATE( waterflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
869    ALLOCATE( momentumflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
870
871!
872!-- calculate flux conversion factors according to approximation and in-/output mode
873    DO  k = nzb, nzt+1
874
875        IF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'kinematic' )  THEN
876            heatflux_input_conversion(k)      = rho_air_zw(k)
877            waterflux_input_conversion(k)     = rho_air_zw(k)
878            momentumflux_input_conversion(k)  = rho_air_zw(k)
879        ELSEIF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'dynamic' ) THEN
880            heatflux_input_conversion(k)      = 1.0_wp / c_p
881            waterflux_input_conversion(k)     = 1.0_wp / l_v
882            momentumflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
883        ENDIF
884
885        IF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'kinematic' )  THEN
886            heatflux_output_conversion(k)     = drho_air_zw(k)
887            waterflux_output_conversion(k)    = drho_air_zw(k)
888            momentumflux_output_conversion(k) = drho_air_zw(k)
889        ELSEIF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'dynamic' ) THEN
890            heatflux_output_conversion(k)     = c_p
891            waterflux_output_conversion(k)    = l_v
892            momentumflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
893        ENDIF
894
895        IF ( .NOT. humidity ) THEN
896            waterflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
897            waterflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
898        ENDIF
899
900    ENDDO
901
902!
903!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
904!-- grid levels with respective density on each grid
905    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
906
907       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level) )
908       ALLOCATE( ddy2_mg(maximum_grid_level) )
909       ALLOCATE( dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
910       ALLOCATE( dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
911       ALLOCATE( f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
912       ALLOCATE( f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
913       ALLOCATE( f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
914       ALLOCATE( rho_air_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
915       ALLOCATE( rho_air_zw_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
916
917       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
918       rho_air_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air
919!       
920!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
921       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
922       rho_air_mg(nzb,maximum_grid_level) = rho_air(nzb) +                     &
923                                             (rho_air(nzb) - rho_air(nzb+1))
924
925       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
926       rho_air_zw_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air_zw
927       nzt_l = nzt
928       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
929           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
930           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
931           rho_air_mg(nzb,l)    = rho_air_mg(nzb,l+1) + (rho_air_mg(nzb,l+1) - rho_air_mg(nzb+1,l+1))
932           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))
933           rho_air_mg(nzb+1,l)    = rho_air_mg(nzb+1,l+1)
934           rho_air_zw_mg(nzb+1,l) = rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1)
935           nzt_l = nzt_l / 2
936           DO  k = 2, nzt_l+1
937              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
938              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
939              rho_air_mg(k,l)    = rho_air_mg(2*k-1,l+1)
940              rho_air_zw_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(2*k-1,l+1)
941           ENDDO
942       ENDDO
943
944       nzt_l = nzt
945       dx_l  = dx
946       dy_l  = dy
947       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
948          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
949          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
950          DO  k = nzb+1, nzt_l
951             f2_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k,l) / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
952             f3_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k-1,l) / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
953             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) &
954                          * rho_air_mg(k,l) + f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
955          ENDDO
956          nzt_l = nzt_l / 2
957          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
958          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
959       ENDDO
960
961    ENDIF
962
963!
964!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
965    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
966       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
967       w_subs = 0.0_wp
968    ENDIF
969
970!
971!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
972!-- are needed for radiation boundary conditions
973    IF ( bc_radiation_l )  THEN
974       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
975                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
976                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
977    ENDIF
978    IF ( bc_radiation_r )  THEN
979       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
980                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
981                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
982    ENDIF
983    IF ( bc_radiation_l  .OR.  bc_radiation_r )  THEN
984       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
985                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
986    ENDIF
987    IF ( bc_radiation_s )  THEN
988       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
989                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
990                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
991    ENDIF
992    IF ( bc_radiation_n )  THEN
993       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
994                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
995                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
996    ENDIF
997    IF ( bc_radiation_s  .OR.  bc_radiation_n )  THEN
998       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
999                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
1000    ENDIF
1001    IF ( bc_radiation_l  .OR.  bc_radiation_r  .OR.  bc_radiation_s  .OR.      &
1002         bc_radiation_n )  THEN
1003       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
1004       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
1005    ENDIF
1006
1007
1008#if ! defined( __nopointer )
1009!
1010!-- Initial assignment of the pointers
1011    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1012       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
1013    ELSE
1014       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
1015    ENDIF
1016    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
1017    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
1018    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
1019
1020    IF ( humidity )  THEN
1021       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
1022       vpt  => vpt_1
1023       IF ( cloud_droplets )  THEN
1024          ql   => ql_1
1025          ql_c => ql_2
1026       ENDIF
1027    ENDIF
1028   
1029    IF ( passive_scalar )  THEN
1030       s => s_1;  s_p => s_2;  ts_m => s_3
1031    ENDIF   
1032#endif
1033
1034!
1035!-- Initialize arrays for turbulence closure
1036    CALL tcm_init_arrays
1037!
1038!-- Initialize surface arrays
1039    CALL init_surface_arrays
1040!
1041!-- Allocate arrays for other modules
1042    IF ( bulk_cloud_model    )  CALL bcm_init_arrays
1043    IF ( gust_module_enabled )  CALL gust_init_arrays
1044    IF ( land_surface        )  CALL lsm_init_arrays
1045    IF ( ocean_mode          )  CALL ocean_init_arrays
1046    IF ( wind_turbine        )  CALL wtm_init_arrays
1047    IF ( uv_exposure         )  CALL uvem_init_arrays
1048
1049!
1050!-- Initialize virtual flight measurements
1051    IF ( virtual_flight )  THEN
1052       CALL flight_init
1053    ENDIF
1054
1055!
1056!-- Read uv exposure input data
1057    IF ( uv_exposure )  THEN
1058       CALL uvem_init
1059    ENDIF
1060
1061!
1062!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
1063!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
1064!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
1065!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
1066!-- will be set.
1067    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
1068              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
1069    weight_substep = 1.0_wp
1070    weight_pres    = 1.0_wp
1071    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
1072       
1073    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1074
1075!
1076!-- Initialize time series
1077    ts_value = 0.0_wp
1078
1079!
1080!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1081!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1082!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1083!-- are never initialized)
1084    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1085    sums_divold_l      = 0.0_wp
1086    sums_l_l           = 0.0_wp
1087    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
1088   
1089!
1090!-- Initialize model variables
1091    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1092         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1093!
1094!--    Initialization with provided input data derived from larger-scale model
1095       IF ( INDEX( initializing_actions, 'inifor' ) /= 0 )  THEN
1096          CALL location_message( 'initializing with INIFOR', .FALSE. )
1097!
1098!--       Read initial 1D profiles or 3D data from NetCDF file, depending
1099!--       on the provided level-of-detail.
1100!--       At the moment, only u, v, w, pt and q are provided.
1101          CALL netcdf_data_input_init_3d
1102!
1103!--       Please note, Inifor provides data from nzb+1 to nzt.
1104!--       Bottom and top boundary conditions for Inifor profiles are already
1105!--       set (just after reading), so that this is not necessary here.
1106!--       Depending on the provided level-of-detail, initial Inifor data is
1107!--       either stored on data type (lod=1), or directly on 3D arrays (lod=2).
1108!--       In order to obtain also initial profiles in case of lod=2 (which
1109!--       is required for e.g. damping), average over 3D data.
1110          IF( init_3d%lod_u == 1 )  THEN
1111             u_init = init_3d%u_init
1112          ELSEIF( init_3d%lod_u == 2 )  THEN
1113             ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1114             DO  k = nzb, nzt+1
1115                init_l(k) = SUM( u(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1116             ENDDO
1117             init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1118
1119#if defined( __parallel )
1120             CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, u_init, nzt+1-nzb+1,                  &
1121                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1122#else
1123             u_init = init_l
1124#endif
1125             DEALLOCATE( init_l )
1126
1127          ENDIF
1128           
1129          IF( init_3d%lod_v == 1 )  THEN 
1130             v_init = init_3d%v_init
1131          ELSEIF( init_3d%lod_v == 2 )  THEN
1132             ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1133             DO  k = nzb, nzt+1
1134                init_l(k) = SUM( v(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1135             ENDDO
1136             init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1137
1138#if defined( __parallel )
1139             CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, v_init, nzt+1-nzb+1,                  &
1140                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1141#else
1142             v_init = init_l
1143#endif
1144             DEALLOCATE( init_l )
1145          ENDIF
1146          IF( .NOT. neutral )  THEN
1147             IF( init_3d%lod_pt == 1 )  THEN
1148                pt_init = init_3d%pt_init
1149             ELSEIF( init_3d%lod_pt == 2 )  THEN
1150                ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1151                DO  k = nzb, nzt+1
1152                   init_l(k) = SUM( pt(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1153                ENDDO
1154                init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1155
1156#if defined( __parallel )
1157                CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, pt_init, nzt+1-nzb+1,               &
1158                                    MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1159#else
1160                pt_init = init_l
1161#endif
1162                DEALLOCATE( init_l )
1163             ENDIF
1164          ENDIF
1165
1166
1167          IF( humidity )  THEN
1168             IF( init_3d%lod_q == 1 )  THEN
1169                q_init = init_3d%q_init
1170             ELSEIF( init_3d%lod_q == 2 )  THEN
1171                ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1172                DO  k = nzb, nzt+1
1173                   init_l(k) = SUM( q(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1174                ENDDO
1175                init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1176
1177#if defined( __parallel )
1178                CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, q_init, nzt+1-nzb+1,               &
1179                                    MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1180#else
1181                q_init = init_l
1182#endif
1183                DEALLOCATE( init_l )
1184             ENDIF
1185          ENDIF
1186
1187!
1188!--       Write initial profiles onto 3D arrays. Note, only in case of lod = 1,
1189!--       for lod = 2 data is already on 3D arrays.   
1190          DO  i = nxlg, nxrg
1191             DO  j = nysg, nyng
1192                IF( init_3d%lod_u == 1 )  u(:,j,i) = u_init(:)
1193                IF( init_3d%lod_v == 1 )  v(:,j,i) = v_init(:)
1194                IF( .NOT. neutral  .AND.  init_3d%lod_pt == 1 )                &
1195                   pt(:,j,i) = pt_init(:)
1196                IF( humidity  .AND.  init_3d%lod_q == 1 )  q(:,j,i) = q_init(:)
1197             ENDDO
1198          ENDDO
1199!
1200!--       Exchange ghost points in case of level-of-detail = 2
1201          IF( init_3d%lod_u == 2 )   CALL exchange_horiz( u, nbgp )
1202          IF( init_3d%lod_v == 2 )   CALL exchange_horiz( v, nbgp )
1203          IF( init_3d%lod_w == 2 )   CALL exchange_horiz( w, nbgp )
1204          IF( .NOT. neutral  .AND.  init_3d%lod_pt == 2 )                      &
1205             CALL exchange_horiz( pt, nbgp )
1206          IF( humidity  .AND.  init_3d%lod_q == 2 )                            &
1207             CALL exchange_horiz( q, nbgp )
1208!
1209!--       Set geostrophic wind components. 
1210          IF ( init_3d%from_file_ug )  THEN
1211             ug(:) = init_3d%ug_init(:)
1212          ENDIF
1213          IF ( init_3d%from_file_vg )  THEN
1214             vg(:) = init_3d%vg_init(:)
1215          ENDIF
1216         
1217          ug(nzt+1) = ug(nzt)
1218          vg(nzt+1) = vg(nzt)
1219!
1220!--       Set inital w to 0
1221          w = 0.0_wp
1222
1223          IF ( passive_scalar )  THEN
1224             DO  i = nxlg, nxrg
1225                DO  j = nysg, nyng
1226                   s(:,j,i) = s_init
1227                ENDDO
1228             ENDDO
1229          ENDIF
1230
1231!
1232!--       Set velocity components at non-atmospheric / oceanic grid points to
1233!--       zero.
1234          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1235          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1236          w = MERGE( w, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 3 ) )
1237!
1238!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1239!--       fluxes, etc.
1240          CALL init_surfaces
1241!
1242!--       Initialize turbulence generator
1243          IF( use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1244
1245          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1246!
1247!--    Initialization via computed 1D-model profiles
1248       ELSEIF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
1249
1250          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
1251!
1252!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
1253!--       start 1D model
1254          CALL init_1d_model
1255!
1256!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
1257          DO  i = nxlg, nxrg
1258             DO  j = nysg, nyng
1259                pt(:,j,i) = pt_init
1260                u(:,j,i)  = u1d
1261                v(:,j,i)  = v1d
1262             ENDDO
1263          ENDDO
1264
1265          IF ( humidity )  THEN
1266             DO  i = nxlg, nxrg
1267                DO  j = nysg, nyng
1268                   q(:,j,i) = q_init
1269                ENDDO
1270             ENDDO
1271          ENDIF
1272
1273          IF ( passive_scalar )  THEN
1274             DO  i = nxlg, nxrg
1275                DO  j = nysg, nyng
1276                   s(:,j,i) = s_init
1277                ENDDO
1278             ENDDO   
1279          ENDIF
1280!
1281!--          Store initial profiles for output purposes etc.
1282          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1283             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
1284          ENDIF
1285!
1286!--       Set velocities back to zero
1287          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1288          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )         
1289!
1290!--       WARNING: The extra boundary conditions set after running the
1291!--       -------  1D model impose an error on the divergence one layer
1292!--                below the topography; need to correct later
1293!--       ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
1294!--       ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
1295!--                  the topography.
1296          IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
1297!
1298!--          Neumann condition
1299             DO  i = nxl-1, nxr+1
1300                DO  j = nys-1, nyn+1
1301                   u(nzb,j,i) = u(nzb+1,j,i)
1302                   v(nzb,j,i) = v(nzb+1,j,i)
1303                ENDDO
1304             ENDDO
1305
1306          ENDIF
1307!
1308!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1309!--       fluxes, etc.
1310          CALL init_surfaces
1311
1312          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1313
1314       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
1315       THEN
1316
1317          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
1318!
1319!--       Overwrite initial profiles in case of synthetic turbulence generator
1320          IF( use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1321
1322!
1323!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
1324!--       temperature profile with constant gradient)
1325          DO  i = nxlg, nxrg
1326             DO  j = nysg, nyng
1327                pt(:,j,i) = pt_init
1328                u(:,j,i)  = u_init
1329                v(:,j,i)  = v_init
1330             ENDDO
1331          ENDDO
1332!
1333!--       Mask topography
1334          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1335          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1336!
1337!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
1338!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
1339!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
1340!--       in the limiting formula!).
1341!--       Please note, in case land- or urban-surface model is used and a
1342!--       spinup is applied, masking the lowest computational level is not
1343!--       possible as MOST as well as energy-balance parametrizations will not
1344!--       work with zero wind velocity.
1345          IF ( ibc_uv_b /= 1  .AND.  .NOT.  spinup )  THEN
1346             DO  i = nxlg, nxrg
1347                DO  j = nysg, nyng
1348                   DO  k = nzb, nzt
1349                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1350                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 20 ) )
1351                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1352                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 21 ) )
1353                   ENDDO
1354                ENDDO
1355             ENDDO
1356          ENDIF
1357
1358          IF ( humidity )  THEN
1359             DO  i = nxlg, nxrg
1360                DO  j = nysg, nyng
1361                   q(:,j,i) = q_init
1362                ENDDO
1363             ENDDO
1364          ENDIF
1365         
1366          IF ( passive_scalar )  THEN
1367             DO  i = nxlg, nxrg
1368                DO  j = nysg, nyng
1369                   s(:,j,i) = s_init
1370                ENDDO
1371             ENDDO
1372          ENDIF
1373
1374!
1375!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
1376!--       of a sloping surface
1377          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1378!
1379!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1380!--       fluxes, etc.
1381          CALL init_surfaces
1382
1383          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1384
1385       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
1386       THEN
1387
1388          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
1389!
1390!--       Pre-initialize surface variables, i.e. setting start- and end-indices
1391!--       at each (j,i)-location. Please note, this does not supersede
1392!--       user-defined initialization of surface quantities.
1393          CALL init_surfaces
1394!
1395!--       Initialization will completely be done by the user
1396          CALL user_init_3d_model
1397
1398          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1399
1400       ENDIF
1401
1402       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
1403                              .FALSE. )
1404
1405!
1406!--    Bottom boundary
1407       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
1408          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
1409          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
1410       ENDIF
1411
1412!
1413!--    Apply channel flow boundary condition
1414       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
1415          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1416          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1417       ENDIF
1418
1419!
1420!--    Calculate virtual potential temperature
1421       IF ( humidity )  vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
1422
1423!
1424!--    Store initial profiles for output purposes etc.. Please note, in case of
1425!--    initialization of u, v, w, pt, and q via output data derived from larger
1426!--    scale models, data will not be horizontally homogeneous. Actually, a mean
1427!--    profile should be calculated before.   
1428       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1429       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1430       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
1431          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1432          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
1433       ENDIF
1434       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1435
1436       IF ( humidity )  THEN
1437!
1438!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1439!--       temperature
1440          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1441          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1442!
1443!--       Store initial profile of mixing ratio and potential
1444!--       temperature
1445          IF ( bulk_cloud_model  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1446             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1447             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1448          ENDIF
1449       ENDIF
1450
1451!
1452!--    Store initial scalar profile
1453       IF ( passive_scalar )  THEN
1454          hom(:,1,121,:) = SPREAD(  s(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1455       ENDIF
1456
1457!
1458!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1459       CALL random_function_ini
1460       
1461       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
1462          CALL init_parallel_random_generator( nx, nys, nyn, nxl, nxr )
1463       ENDIF
1464!
1465!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1466!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1467       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1468          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1469             ref_state(:) = pt_reference
1470          ELSE
1471             ref_state(:) = vpt_reference
1472          ENDIF
1473       ELSE
1474          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1475             ref_state(:) = pt_init(:)
1476          ELSE
1477             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1478          ENDIF
1479       ENDIF
1480
1481!
1482!--    For the moment, vertical velocity is zero
1483       w = 0.0_wp
1484
1485!
1486!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1487       sums = 0.0_wp
1488
1489!
1490!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1491       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
1492!
1493!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1494       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1495          CALL init_rankine
1496       ENDIF
1497
1498!
1499!--    Impose temperature anomaly (advection test only) or warm air bubble
1500!--    close to surface
1501       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0  .OR.  &
1502            INDEX( initializing_actions, 'initialize_bubble' ) /= 0  )  THEN
1503          CALL init_pt_anomaly
1504       ENDIF
1505       
1506!
1507!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1508       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1509          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1510       ENDIF
1511
1512!
1513!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1514!--    run
1515       IF ( humidity  .AND.  q_surface_initial_change /= 0.0_wp )              &
1516          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1517         
1518       IF ( passive_scalar .AND.  s_surface_initial_change /= 0.0_wp )         &
1519          s(nzb,:,:) = s(nzb,:,:) + s_surface_initial_change
1520       
1521
1522!
1523!--    Initialize old and new time levels.
1524       tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1525       pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1526
1527       IF ( humidity  )  THEN
1528          tq_m = 0.0_wp
1529          q_p = q
1530       ENDIF
1531       
1532       IF ( passive_scalar )  THEN
1533          ts_m = 0.0_wp
1534          s_p  = s
1535       ENDIF       
1536
1537       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1538
1539    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1540             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                   &
1541    THEN
1542
1543       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1544                              .FALSE. )
1545!
1546!--    Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1547!--    momentumfluxes, roughness, scaling parameters. As number of surface
1548!--    elements might be different between runs, e.g. in case of cyclic fill,
1549!--    and not all surface elements are read, surface elements need to be
1550!--    initialized before.     
1551       CALL init_surfaces
1552!
1553!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1554!--    some of the global variables from the restart file which are required
1555!--    for initializing the inflow
1556       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1557
1558          DO  i = 0, io_blocks-1
1559             IF ( i == io_group )  THEN
1560                CALL rrd_read_parts_of_global
1561             ENDIF
1562#if defined( __parallel )
1563             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1564#endif
1565          ENDDO
1566
1567       ENDIF
1568
1569!
1570!--    Read processor specific binary data from restart file
1571       DO  i = 0, io_blocks-1
1572          IF ( i == io_group )  THEN
1573             CALL rrd_local
1574          ENDIF
1575#if defined( __parallel )
1576          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1577#endif
1578       ENDDO
1579
1580!
1581!--    In case of complex terrain and cyclic fill method as initialization,
1582!--    shift initial data in the vertical direction for each point in the
1583!--    x-y-plane depending on local surface height
1584       IF ( complex_terrain  .AND.                                             &
1585            TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1586          DO  i = nxlg, nxrg
1587             DO  j = nysg, nyng
1588                nz_u_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'u' )
1589                nz_v_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'v' )
1590                nz_w_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 'w' )
1591                nz_s_shift = get_topography_top_index_ji( j, i, 's' )
1592
1593                u(nz_u_shift:nzt+1,j,i)  = u(0:nzt+1-nz_u_shift,j,i)               
1594
1595                v(nz_v_shift:nzt+1,j,i)  = v(0:nzt+1-nz_v_shift,j,i)
1596
1597                w(nz_w_shift:nzt+1,j,i)  = w(0:nzt+1-nz_w_shift,j,i)
1598
1599                p(nz_s_shift:nzt+1,j,i)  =  p(0:nzt+1-nz_s_shift,j,i)
1600                pt(nz_s_shift:nzt+1,j,i) = pt(0:nzt+1-nz_s_shift,j,i)
1601             ENDDO
1602          ENDDO
1603       ENDIF
1604
1605!
1606!--    Initialization of the turbulence recycling method
1607       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill'  .AND.               &
1608            turbulent_inflow )  THEN
1609!
1610!--       First store the profiles to be used at the inflow.
1611!--       These profiles are the (temporally) and horizontally averaged vertical
1612!--       profiles from the prerun. Alternatively, prescribed profiles
1613!--       for u,v-components can be used.
1614          ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,1:num_mean_inflow_profiles) )
1615
1616          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1617             mean_inflow_profiles(:,1) = u_init            ! u
1618             mean_inflow_profiles(:,2) = v_init            ! v
1619          ELSE
1620             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
1621             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
1622          ENDIF
1623          mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)       ! pt
1624          IF ( humidity )                                                      &
1625             mean_inflow_profiles(:,6) = hom_sum(:,41,0)   ! q
1626          IF ( passive_scalar )                                                &
1627             mean_inflow_profiles(:,7) = hom_sum(:,115,0)   ! s
1628!
1629!--       In case of complex terrain, determine vertical displacement at inflow
1630!--       boundary and adjust mean inflow profiles
1631          IF ( complex_terrain )  THEN
1632             IF ( nxlg <= 0 .AND. nxrg >= 0 .AND. nysg <= 0 .AND. nyng >= 0 )  THEN
1633                nz_u_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'u' )
1634                nz_v_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'v' )
1635                nz_w_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 'w' )
1636                nz_s_shift_l = get_topography_top_index_ji( 0, 0, 's' )
1637             ELSE
1638                nz_u_shift_l = 0
1639                nz_v_shift_l = 0
1640                nz_w_shift_l = 0
1641                nz_s_shift_l = 0
1642             ENDIF
1643
1644#if defined( __parallel )
1645             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_u_shift_l, nz_u_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1646                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1647             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_v_shift_l, nz_v_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1648                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1649             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_w_shift_l, nz_w_shift, 1, MPI_INTEGER,      & 
1650                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1651             CALL MPI_ALLREDUCE(nz_s_shift_l, nz_s_shift, 1, MPI_INTEGER,      &
1652                                MPI_MAX, comm2d, ierr)
1653#else
1654             nz_u_shift = nz_u_shift_l
1655             nz_v_shift = nz_v_shift_l
1656             nz_w_shift = nz_w_shift_l
1657             nz_s_shift = nz_s_shift_l
1658#endif
1659
1660             mean_inflow_profiles(:,1) = 0.0_wp
1661             mean_inflow_profiles(nz_u_shift:nzt+1,1) = hom_sum(0:nzt+1-nz_u_shift,1,0)  ! u
1662
1663             mean_inflow_profiles(:,2) = 0.0_wp
1664             mean_inflow_profiles(nz_v_shift:nzt+1,2) = hom_sum(0:nzt+1-nz_v_shift,2,0)  ! v
1665
1666             mean_inflow_profiles(nz_s_shift:nzt+1,4) = hom_sum(0:nzt+1-nz_s_shift,4,0)  ! pt
1667
1668          ENDIF
1669
1670!
1671!--       If necessary, adjust the horizontal flow field to the prescribed
1672!--       profiles
1673          IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1674             DO  i = nxlg, nxrg
1675                DO  j = nysg, nyng
1676                   DO  k = nzb, nzt+1
1677                      u(k,j,i) = u(k,j,i) - hom_sum(k,1,0) + u_init(k)
1678                      v(k,j,i) = v(k,j,i) - hom_sum(k,2,0) + v_init(k)
1679                   ENDDO
1680                ENDDO
1681             ENDDO
1682          ENDIF
1683
1684!
1685!--       Use these mean profiles at the inflow (provided that Dirichlet
1686!--       conditions are used)
1687          IF ( bc_dirichlet_l )  THEN
1688             DO  j = nysg, nyng
1689                DO  k = nzb, nzt+1
1690                   u(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
1691                   v(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
1692                   w(k,j,nxlg:-1)  = 0.0_wp
1693                   pt(k,j,nxlg:-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
1694                   IF ( humidity )                                             &
1695                      q(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,6)
1696                   IF ( passive_scalar )                                       &
1697                      s(k,j,nxlg:-1)  = mean_inflow_profiles(k,7)                     
1698                ENDDO
1699             ENDDO
1700          ENDIF
1701
1702!
1703!--       Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
1704!--       turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
1705!--       vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
1706!--       in time.
1707          IF ( inflow_damping_height == 9999999.9_wp )  THEN
1708!
1709!--          Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
1710!--          this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
1711!--          specified.
1712             IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0_wp )  THEN
1713                inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
1714             ELSE
1715                WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',   &
1716                     'explicitly specified because&the inversion height ',     &
1717                     'calculated by the prerun is zero.'
1718                CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
1719             ENDIF
1720
1721          ENDIF
1722
1723          IF ( inflow_damping_width == 9999999.9_wp )  THEN
1724!
1725!--          Default for the transition range: one tenth of the undamped
1726!--          layer
1727             inflow_damping_width = 0.1_wp * inflow_damping_height
1728
1729          ENDIF
1730
1731          ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1732
1733          DO  k = nzb, nzt+1
1734
1735             IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1736                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp
1737             ELSEIF ( zu(k) <= ( inflow_damping_height + inflow_damping_width ) )  THEN
1738                inflow_damping_factor(k) = 1.0_wp -                            &
1739                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1740                                           inflow_damping_width
1741             ELSE
1742                inflow_damping_factor(k) = 0.0_wp
1743             ENDIF
1744
1745          ENDDO
1746
1747       ENDIF
1748
1749!
1750!--    Inside buildings set velocities back to zero
1751       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' .AND.                &
1752            topography /= 'flat' )  THEN
1753!
1754!--       Inside buildings set velocities back to zero.
1755!--       Other scalars (pt, q, s, p, sa, ...) are ignored at present,
1756!--       maybe revise later.
1757          DO  i = nxlg, nxrg
1758             DO  j = nysg, nyng
1759                DO  k = nzb, nzt
1760                   u(k,j,i)     = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1761                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 1 ) )
1762                   v(k,j,i)     = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1763                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 2 ) )
1764                   w(k,j,i)     = MERGE( w(k,j,i), 0.0_wp,                     &
1765                                         BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 3 ) )
1766                ENDDO
1767             ENDDO
1768          ENDDO
1769
1770       ENDIF
1771
1772!
1773!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1774!--    of a sloping surface
1775       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1776
1777!
1778!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1779!--    including ghost points)
1780       pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1781       IF ( humidity )  THEN
1782          q_p = q
1783       ENDIF
1784       IF ( passive_scalar )  s_p  = s
1785!
1786!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1787!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1788!--    there before they are set.
1789       tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1790       IF ( humidity )  THEN
1791          tq_m = 0.0_wp
1792       ENDIF
1793       IF ( passive_scalar )  ts_m  = 0.0_wp
1794!
1795!--    Initialize synthetic turbulence generator in case of restart.
1796       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .AND.         &
1797            use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1798
1799       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1800
1801    ELSE
1802!
1803!--    Actually this part of the programm should not be reached
1804       message_string = 'unknown initializing problem'
1805       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1806    ENDIF
1807
1808!
1809!-- Initialize TKE, Kh and Km
1810    CALL tcm_init
1811
1812
1813    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1814!
1815!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1816       IF ( bc_radiation_l )  THEN
1817          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1818          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1819          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1820       ENDIF
1821       IF ( bc_radiation_r )  THEN
1822          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1823          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1824          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1825       ENDIF
1826       IF ( bc_radiation_s )  THEN
1827          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1828          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1829          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1830       ENDIF
1831       IF ( bc_radiation_n )  THEN
1832          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1833          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1834          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1835       ENDIF
1836       
1837    ENDIF
1838
1839!
1840!-- Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1841    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
1842
1843       IF ( use_prescribed_profile_data )  THEN
1844
1845          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1846          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1847
1848          IF ( nxr == nx )  THEN
1849             DO  j = nys, nyn
1850                DO  k = nzb+1, nzt
1851                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1852                                              u_init(k) * dzw(k)               &
1853                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1854                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1855                                            )
1856
1857                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1858                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1859                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nxr), 1 )&
1860                                            )
1861                ENDDO
1862             ENDDO
1863          ENDIF
1864         
1865          IF ( nyn == ny )  THEN
1866             DO  i = nxl, nxr
1867                DO  k = nzb+1, nzt
1868                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1869                                              v_init(k) * dzw(k)               &       
1870                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1871                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1872                                            )
1873                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1874                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1875                                              BTEST( wall_flags_0(k,nyn,i), 2 )&
1876                                            )
1877                ENDDO
1878             ENDDO
1879          ENDIF
1880
1881#if defined( __parallel )
1882          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1883                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1884          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1885                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1886
1887#else
1888          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1889          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1890#endif 
1891
1892       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1893
1894          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1895          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1896
1897          IF ( nxr == nx )  THEN
1898             DO  j = nys, nyn
1899                DO  k = nzb+1, nzt
1900                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1901                                              hom_sum(k,1,0) * dzw(k)          &
1902                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1903                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1904                                            )
1905                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1906                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1907                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1908                                            )
1909                ENDDO
1910             ENDDO
1911          ENDIF
1912         
1913          IF ( nyn == ny )  THEN
1914             DO  i = nxl, nxr
1915                DO  k = nzb+1, nzt
1916                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1917                                              hom_sum(k,2,0) * dzw(k)          &       
1918                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1919                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1920                                            )
1921                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1922                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1923                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1924                                            )
1925                ENDDO
1926             ENDDO
1927          ENDIF
1928
1929#if defined( __parallel )
1930          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1931                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1932          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1933                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1934
1935#else
1936          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1937          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1938#endif 
1939
1940       ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1941
1942          volume_flow_initial_l = 0.0_wp
1943          volume_flow_area_l    = 0.0_wp
1944
1945          IF ( nxr == nx )  THEN
1946             DO  j = nys, nyn
1947                DO  k = nzb+1, nzt
1948                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) +       &
1949                                              u(k,j,nx) * dzw(k)               &
1950                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1951                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1952                                            )
1953                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzw(k)   &
1954                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1955                                              BTEST( wall_flags_0(k,j,nx), 1 ) &
1956                                            )
1957                ENDDO
1958             ENDDO
1959          ENDIF
1960         
1961          IF ( nyn == ny )  THEN
1962             DO  i = nxl, nxr
1963                DO  k = nzb+1, nzt
1964                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) +       &
1965                                              v(k,ny,i) * dzw(k)               &       
1966                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1967                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1968                                            )
1969                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzw(k)   &       
1970                                     * MERGE( 1.0_wp, 0.0_wp,                  &
1971                                              BTEST( wall_flags_0(k,ny,i), 2 ) &
1972                                            )
1973                ENDDO
1974             ENDDO
1975          ENDIF
1976
1977#if defined( __parallel )
1978          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1979                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1980          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1981                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1982
1983#else
1984          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1985          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1986#endif 
1987
1988       ENDIF
1989
1990!
1991!--    In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is calculated
1992!--    from u|v_bulk instead
1993       IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
1994          volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
1995          volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
1996       ENDIF
1997
1998    ENDIF
1999!
2000!-- Finally, if random_heatflux is set, disturb shf at horizontal
2001!-- surfaces. Actually, this should be done in surface_mod, where all other
2002!-- initializations of surface quantities are done. However, this
2003!-- would create a ring dependency, hence, it is done here. Maybe delete
2004!-- disturb_heatflux and tranfer the respective code directly into the
2005!-- initialization in surface_mod.         
2006    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
2007         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
2008 
2009       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux  .AND.                &
2010            random_heatflux )  THEN
2011          IF ( surf_def_h(0)%ns >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_def_h(0) )
2012          IF ( surf_lsm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_lsm_h    )
2013          IF ( surf_usm_h%ns    >= 1 )  CALL disturb_heatflux( surf_usm_h    )
2014       ENDIF
2015    ENDIF
2016
2017!
2018!-- Before initializing further modules, compute total sum of active mask
2019!-- grid points and the mean surface level height for each statistic region.
2020!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
2021!--          total domain
2022!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
2023    ngp_2dh_outer_l   = 0
2024    ngp_2dh_outer     = 0
2025    ngp_2dh_s_inner_l = 0
2026    ngp_2dh_s_inner   = 0
2027    ngp_2dh_l         = 0
2028    ngp_2dh           = 0
2029    ngp_3d_inner_l    = 0.0_wp
2030    ngp_3d_inner      = 0
2031    ngp_3d            = 0
2032    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
2033
2034    mean_surface_level_height   = 0.0_wp
2035    mean_surface_level_height_l = 0.0_wp
2036!
2037!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
2038!-- Ghost points are excluded because counting values at the ghost boundaries
2039!-- would bias the statistics
2040    rmask = 1.0_wp
2041    rmask(:,nxlg:nxl-1,:) = 0.0_wp;  rmask(:,nxr+1:nxrg,:) = 0.0_wp
2042    rmask(nysg:nys-1,:,:) = 0.0_wp;  rmask(nyn+1:nyng,:,:) = 0.0_wp
2043
2044!
2045!-- Temporary solution to add LSM and radiation time series to the default
2046!-- output
2047    IF ( land_surface  .OR.  radiation )  THEN
2048       IF ( TRIM( radiation_scheme ) == 'rrtmg' )  THEN
2049          dots_num = dots_num + 15
2050       ELSE
2051          dots_num = dots_num + 11
2052       ENDIF
2053    ENDIF
2054!
2055!-- User-defined initializing actions
2056    CALL user_init
2057!
2058!-- To do: New concept for these non-topography grid points!
2059    DO  sr = 0, statistic_regions
2060       DO  i = nxl, nxr
2061          DO  j = nys, nyn
2062             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
2063!
2064!--             All xy-grid points
2065                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
2066!
2067!--             Determine mean surface-level height. In case of downward-
2068!--             facing walls are present, more than one surface level exist.
2069!--             In this case, use the lowest surface-level height.
2070                IF ( surf_def_h(0)%start_index(j,i) <=                         &
2071                     surf_def_h(0)%end_index(j,i) )  THEN
2072                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
2073                   k = surf_def_h(0)%k(m)
2074                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2075                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2076                ENDIF
2077                IF ( surf_lsm_h%start_index(j,i) <=                            &
2078                     surf_lsm_h%end_index(j,i) )  THEN
2079                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
2080                   k = surf_lsm_h%k(m)
2081                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2082                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2083                ENDIF
2084                IF ( surf_usm_h%start_index(j,i) <=                            &
2085                     surf_usm_h%end_index(j,i) )  THEN
2086                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
2087                   k = surf_usm_h%k(m)
2088                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2089                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2090                ENDIF
2091
2092                k_surf = k - 1
2093
2094                DO  k = nzb, nzt+1
2095!
2096!--                xy-grid points above topography
2097                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr)     +         &
2098                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 24 ) )
2099
2100                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) +         &
2101                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 22 ) )
2102
2103                ENDDO
2104!
2105!--             All grid points of the total domain above topography
2106                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + ( nz - k_surf + 2 )
2107
2108
2109
2110             ENDIF
2111          ENDDO
2112       ENDDO
2113    ENDDO
2114!
2115!-- Initialize arrays encompassing number of grid-points in inner and outer
2116!-- domains, statistic regions, etc. Mainly used for horizontal averaging
2117!-- of turbulence statistics. Please note, user_init must be called before
2118!-- doing this.   
2119    sr = statistic_regions + 1
2120#if defined( __parallel )
2121    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2122    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
2123                        comm2d, ierr )
2124    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2125    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
2126                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2127    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2128    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
2129                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2130    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2131    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
2132                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2133    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2134    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2135    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
2136                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
2137                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2138    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
2139#else
2140    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
2141    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
2142    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
2143    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2144    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
2145#endif
2146
2147    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
2148             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2149
2150!
2151!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
2152!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
2153!-- the respective subdomain lie below the surface topography
2154    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
2155    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
2156                           ngp_3d_inner(:) )
2157    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
2158
2159    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
2160                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
2161
2162!
2163!-- Initialize nudging if required
2164    IF ( nudging )  CALL nudge_init
2165!
2166!-- Initialize 1D large-scale forcing and nudging and read data from external
2167!-- ASCII file
2168    IF ( large_scale_forcing )  CALL lsf_init
2169!
2170!-- Initialize surface forcing corresponding to large-scale forcing. Therein,
2171!-- initialize heat-fluxes, etc. via datatype. Revise it later!
2172    IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
2173       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux )  THEN
2174          CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
2175       ENDIF
2176    ENDIF
2177!
2178!-- Initializae 3D offline nesting in COSMO model and read data from
2179!-- external NetCDF file.
2180    IF ( nesting_offline )  CALL nesting_offl_init
2181!
2182!-- Initialize quantities for special advections schemes
2183    CALL init_advec
2184
2185!
2186!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
2187!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
2188    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
2189         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
2190         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
2191
2192       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
2193       CALL disturb_field( 'u', tend, u )
2194       CALL disturb_field( 'v', tend, v )
2195       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2196
2197       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
2198       n_sor = nsor_ini
2199       CALL pres
2200       n_sor = nsor
2201       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2202
2203    ENDIF
2204
2205!
2206!-- If required, initialize quantities needed for the plant canopy model
2207    IF ( plant_canopy )  THEN
2208       CALL location_message( 'initializing plant canopy model', .FALSE. )   
2209       CALL pcm_init
2210       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2211    ENDIF
2212
2213!
2214!-- If required, initialize dvrp-software
2215    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
2216
2217!
2218!-- Initialize quantities needed for the ocean model
2219    IF ( ocean_mode )  CALL ocean_init
2220
2221!
2222!-- Initialize quantities for handling cloud physics.
2223!-- This routine must be called before lpm_init, becaus otherwise,
2224!-- array d_exner, needed in data_output_dvrp (called by lpm_init) is not defined.
2225    IF ( .NOT. ocean_mode )  THEN
2226
2227       ALLOCATE( hyp(nzb:nzt+1) )
2228       ALLOCATE( d_exner(nzb:nzt+1) )
2229       ALLOCATE( exner(nzb:nzt+1) )
2230       ALLOCATE( hyrho(nzb:nzt+1) )
2231!
2232!--    Check temperature in case of too large domain height
2233       DO  k = nzb, nzt+1
2234          IF ( ( pt_surface * exner_function(surface_pressure * 100.0_wp) - g/c_p * zu(k) ) < 0.0_wp )  THEN
2235             WRITE( message_string, * )  'absolute temperature < 0.0 at zu(', k, &
2236                                         ') = ', zu(k)
2237             CALL message( 'init_bulk_cloud_model', 'PA0142', 1, 2, 0, 6, 0 )
2238          ENDIF
2239       ENDDO
2240
2241!
2242!--    Calculate vertical profile of the hydrostatic pressure (hyp)
2243       hyp    = barometric_formula(zu, pt_surface * exner_function(surface_pressure * 100.0_wp), surface_pressure * 100.0_wp)
2244       d_exner = exner_function_invers(hyp)
2245       exner = 1.0_wp / exner_function_invers(hyp)
2246       hyrho  = ideal_gas_law_rho_pt(hyp, pt_init)
2247!
2248!--    Compute reference density
2249       rho_surface = ideal_gas_law_rho(surface_pressure * 100.0_wp, pt_surface * exner_function(surface_pressure * 100.0_wp))
2250
2251    ENDIF
2252!
2253!-- If required, initialize quantities needed for the microphysics module
2254    IF ( bulk_cloud_model )  THEN
2255       CALL bcm_init
2256    ENDIF
2257
2258!
2259!-- If required, initialize particles
2260    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
2261
2262!
2263!-- If required, initialize particles
2264    IF ( agents_active )  CALL mas_init
2265
2266!
2267!-- If required, initialize quantities needed for the LSM
2268    IF ( land_surface )  THEN
2269       CALL location_message( 'initializing land surface model', .FALSE. )
2270       CALL lsm_init
2271       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2272    ENDIF
2273
2274!
2275!-- If required, allocate USM and LSM surfaces
2276    IF ( urban_surface )  THEN
2277       CALL location_message( 'initializing and allocating urban surfaces', .FALSE. )
2278       CALL usm_allocate_surface
2279       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2280    ENDIF
2281!
2282!-- If required, initialize urban surface model
2283    IF ( urban_surface )  THEN
2284       CALL location_message( 'initializing urban surface model', .FALSE. )
2285       CALL usm_init_urban_surface
2286       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2287    ENDIF
2288
2289!
2290!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
2291!-- for initialization
2292    IF ( constant_flux_layer )  THEN
2293       CALL location_message( 'initializing surface layer', .FALSE. )
2294       CALL init_surface_layer_fluxes
2295       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2296    ENDIF
2297!
2298!-- In case the synthetic turbulence generator does not have any information
2299!-- about the inflow turbulence, these information will be parametrized
2300!-- depending on the initial atmospheric conditions and surface properties.
2301!-- Please note, within pre-determined time intervals these turbulence
2302!-- information can be updated if desired.
2303    IF ( use_syn_turb_gen  .AND.  parametrize_inflow_turbulence )              &
2304       CALL stg_adjust
2305!
2306!-- If required, set chemical emissions
2307!-- Initialize values of cssws according to chemistry emission values
2308    IF ( air_chemistry  .AND.  do_emis )  THEN
2309       CALL chem_emissions_init( chem_emis_att, chem_emis, nspec_out )
2310    ENDIF
2311!
2312!-- Initialize radiation processes
2313    IF ( radiation )  THEN
2314!
2315!--    Activate radiation_interactions according to the existence of vertical surfaces and/or trees.
2316!--    The namelist parameter radiation_interactions_on can override this behavior.
2317!--    (This check cannot be performed in check_parameters, because vertical_surfaces_exist is first set in
2318!--    init_surface_arrays.)
2319       IF ( radiation_interactions_on )  THEN
2320          IF ( vertical_surfaces_exist  .OR.  plant_canopy )  THEN
2321             radiation_interactions    = .TRUE.
2322             average_radiation         = .TRUE.
2323          ELSE
2324             radiation_interactions_on = .FALSE.   !< reset namelist parameter: no interactions
2325                                                   !< calculations necessary in case of flat surface
2326          ENDIF
2327       ELSEIF ( vertical_surfaces_exist  .OR.  plant_canopy )  THEN
2328          message_string = 'radiation_interactions_on is set to .FALSE. although '     // &
2329                           'vertical surfaces and/or trees exist. The model will run ' // &
2330                           'without RTM (no shadows, no radiation reflections)'
2331          CALL message( 'init_3d_model', 'PA0348', 0, 1, 0, 6, 0 )
2332       ENDIF
2333!
2334!--    If required, initialize radiation interactions between surfaces
2335!--    via sky-view factors. This must be done before radiation is initialized.
2336       IF ( radiation_interactions )  CALL radiation_interaction_init
2337
2338!
2339!--    Initialize radiation model
2340       CALL location_message( 'initializing radiation model', .FALSE. )
2341       CALL radiation_init
2342       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2343
2344!
2345!--    Find all discretized apparent solar positions for radiation interaction.
2346!--    This must be done after radiation_init.
2347       IF ( radiation_interactions )  CALL radiation_presimulate_solar_pos
2348
2349!
2350!--    If required, read or calculate and write out the SVF
2351       IF ( radiation_interactions .AND. read_svf)  THEN
2352!
2353!--       Read sky-view factors and further required data from file
2354          CALL location_message( '    Start reading SVF from file', .FALSE. )
2355          CALL radiation_read_svf()
2356          CALL location_message( '    Reading SVF from file has finished', .TRUE. )
2357
2358       ELSEIF ( radiation_interactions .AND. .NOT. read_svf)  THEN
2359!
2360!--       calculate SFV and CSF
2361          CALL location_message( '    Start calculation of SVF', .FALSE. )
2362          CALL radiation_calc_svf()
2363          CALL location_message( '    Calculation of SVF has finished', .TRUE. )
2364       ENDIF
2365
2366       IF ( radiation_interactions .AND. write_svf)  THEN
2367!
2368!--       Write svf, csf svfsurf and csfsurf data to file
2369          CALL location_message( '    Start writing SVF in file', .FALSE. )
2370          CALL radiation_write_svf()
2371          CALL location_message( '    Writing SVF in file has finished', .TRUE. )
2372       ENDIF
2373
2374!
2375!--    Adjust radiative fluxes. In case of urban and land surfaces, also
2376!--    call an initial interaction.
2377       IF ( radiation_interactions )  THEN
2378          CALL radiation_interaction
2379       ENDIF
2380    ENDIF
2381 
2382!
2383!-- If required, initialize quantities needed for the wind turbine model
2384    IF ( wind_turbine )  THEN
2385       CALL location_message( 'initializing wind turbine model', .FALSE. )
2386       CALL wtm_init
2387       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2388    ENDIF
2389
2390!
2391!-- If required, initialize quantities needed for the gust module
2392    IF ( gust_module_enabled )  THEN
2393       CALL gust_init( dots_label, dots_unit, dots_num, dots_max )
2394    ENDIF
2395
2396!
2397!-- Initialize the ws-scheme.   
2398    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init       
2399
2400!
2401!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
2402!-- and turbulent quantities from the RK substeps
2403    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
2404
2405       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
2406       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
2407       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
2408
2409       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
2410       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
2411       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
2412
2413    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
2414
2415       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
2416       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
2417         
2418       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
2419       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
2420
2421    ELSE                                     ! for Euler-method
2422
2423       weight_substep(1) = 1.0_wp     
2424       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
2425
2426    ENDIF
2427
2428!
2429!-- Initialize Rayleigh damping factors
2430    rdf    = 0.0_wp
2431    rdf_sc = 0.0_wp
2432    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
2433
2434       IF (  .NOT.  ocean_mode )  THEN
2435          DO  k = nzb+1, nzt
2436             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
2437                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2438                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
2439                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
2440                      )**2
2441             ENDIF
2442          ENDDO
2443       ELSE
2444!
2445!--       In ocean mode, rayleigh damping is applied in the lower part of the
2446!--       model domain
2447          DO  k = nzt, nzb+1, -1
2448             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
2449                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2450                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
2451                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
2452                      )**2
2453             ENDIF
2454          ENDDO
2455       ENDIF
2456
2457    ENDIF
2458    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
2459
2460!
2461!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
2462!-- the external pressure gradient
2463    dp_smooth_factor = 1.0_wp
2464    IF ( dp_external )  THEN
2465!
2466!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
2467!--    (e.g. in init_grid).
2468       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
2469          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
2470          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb
2471                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
2472       ENDIF
2473       IF ( dp_smooth )  THEN
2474          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
2475          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
2476             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
2477                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
2478                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
2479          ENDDO
2480       ENDIF
2481    ENDIF
2482
2483!
2484!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
2485!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
2486!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
2487    ptdf_x = 0.0_wp
2488    ptdf_y = 0.0_wp
2489    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
2490       DO  i = nxl, nxr
2491          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
2492             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
2493                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
2494                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
2495          ENDIF
2496       ENDDO
2497    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
2498       DO  i = nxl, nxr
2499          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
2500             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
2501                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2502                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
2503                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2504          ENDIF
2505       ENDDO
2506    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
2507       DO  j = nys, nyn
2508          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
2509             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2510                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2511                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
2512                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2513          ENDIF
2514       ENDDO
2515    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
2516       DO  j = nys, nyn
2517          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
2518             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2519                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2520                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
2521                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2522          ENDIF
2523       ENDDO
2524    ENDIF
2525!
2526!-- Check if maximum number of allowed timeseries is exceeded
2527    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
2528       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds',  &
2529                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,     &
2530                                  '&Please increase dots_max in modules.f90.'
2531       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
2532    ENDIF
2533
2534!
2535!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
2536!-- after call of user_init!
2537    CALL close_file( 13 )
2538!
2539!-- In case of nesting, put an barrier to assure that all parent and child
2540!-- domains finished initialization.
2541#if defined( __parallel )
2542    IF ( nested_run )  CALL MPI_BARRIER( MPI_COMM_WORLD, ierr )
2543#endif
2544
2545
2546    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
2547
2548 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.