source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 336

Last change on this file since 336 was 333, checked in by heinze, 15 years ago

bugfix in init_3_model concerning ngp_2dh_s_inner

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 51.8 KB
Line 
1#if defined( __ibmy_special )
2@PROCESS NOOPTimize
3#endif
4 SUBROUTINE init_3d_model
5
6!------------------------------------------------------------------------------!
7! Current revisions:
8! -----------------
9! bugfix: avoid that ngp_2dh_s_inner becomes zero
10! initializing_actions='read_data_for_recycling' renamed to 'cyclic_fill', now
11! independent of turbulent_inflow
12! Output of messages replaced by message handling routine.
13! Set the starting level and the vertical smoothing factor used for
14! the external pressure gradient
15! +conserve_volume_flow_mode: 'default', 'initial_profiles', 'inflow_profile'
16! and 'bulk_velocity'
17! If the inversion height calculated by the prerun is zero,
18! inflow_damping_height must be explicitly specified.
19!
20! Former revisions:
21! -----------------
22! $Id: init_3d_model.f90 333 2009-06-09 08:22:04Z raasch $
23!
24! 181 2008-07-30 07:07:47Z raasch
25! bugfix: zero assignments to tendency arrays in case of restarts,
26! further extensions and modifications in the initialisation of the plant
27! canopy model,
28! allocation of hom_sum moved to parin, initialization of spectrum_x|y directly
29! after allocating theses arrays,
30! read data for recycling added as new initialization option,
31! dummy allocation for diss
32!
33! 138 2007-11-28 10:03:58Z letzel
34! New counter ngp_2dh_s_inner.
35! Allow new case bc_uv_t = 'dirichlet_0' for channel flow.
36! Corrected calculation of initial volume flow for 'set_1d-model_profiles' and
37! 'set_constant_profiles' in case of buildings in the reference cross-sections.
38!
39! 108 2007-08-24 15:10:38Z letzel
40! Flux initialization in case of coupled runs, +momentum fluxes at top boundary,
41! +arrays for phase speed c_u, c_v, c_w, indices for u|v|w_m_l|r changed
42! +qswst_remote in case of atmosphere model with humidity coupled to ocean
43! Rayleigh damping for ocean, optionally calculate km and kh from initial
44! TKE e_init
45!
46! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
47! Initialization of salinity, call of init_ocean
48!
49! 87 2007-05-22 15:46:47Z raasch
50! var_hom and var_sum renamed pr_palm
51!
52! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
53! Arrays for radiation boundary conditions are allocated (u_m_l, u_m_r, etc.),
54! bugfix for cases with the outflow damping layer extending over more than one
55! subdomain, moisture renamed humidity,
56! new initializing action "by_user" calls user_init_3d_model,
57! precipitation_amount/rate, ts_value are allocated, +module netcdf_control,
58! initial velocities at nzb+1 are regarded for volume
59! flow control in case they have been set zero before (to avoid small timesteps)
60! -uvmean_outflow, uxrp, vynp eliminated
61!
62! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
63! +handling of top fluxes
64!
65! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
66!
67! Revision 1.49  2006/08/22 15:59:07  raasch
68! No optimization of this file on the ibmy (Yonsei Univ.)
69!
70! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
71! Initial revision
72!
73!
74! Description:
75! ------------
76! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
77! a) pre-run the 1D model
78! or
79! b) pre-set constant linear profiles
80! or
81! c) read values of a previous run
82!------------------------------------------------------------------------------!
83
84    USE arrays_3d
85    USE averaging
86    USE cloud_parameters
87    USE constants
88    USE control_parameters
89    USE cpulog
90    USE indices
91    USE interfaces
92    USE model_1d
93    USE netcdf_control
94    USE particle_attributes
95    USE pegrid
96    USE profil_parameter
97    USE random_function_mod
98    USE statistics
99
100    IMPLICIT NONE
101
102    INTEGER ::  i, ind_array(1), j, k, sr
103
104    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_l, ngp_3d_inner_l
105
106    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l,  &
107         ngp_2dh_s_inner_l
108
109    REAL ::  a, b
110
111    REAL, DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l, volume_flow_initial_l
112
113
114!
115!-- Allocate arrays
116    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
117              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
118              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
119              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
120              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
121              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
122    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt) )
123    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
124              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
125              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
126              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),             &
127              rmask(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,0:statistic_regions),           &
128              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
129              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
130              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
131              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
132              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
133              ts_value(var_ts,0:statistic_regions) )
134    ALLOCATE( km_damp_x(nxl-1:nxr+1), km_damp_y(nys-1:nyn+1) )
135
136    ALLOCATE( rif_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), shf_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
137              ts(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), tswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
138              us(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), usws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
139              uswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                               &
140              vsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),                                &
141              vswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), z0(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
142
143    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
144!
145!--    Leapfrog scheme needs two timelevels of diffusion quantities
146       ALLOCATE( rif_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
147                 shf_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
148                 tswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
149                 usws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
150                 uswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
151                 vswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
152                 vsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
153    ENDIF
154
155    ALLOCATE( d(nzb+1:nzta,nys:nyna,nxl:nxra),         &
156              e_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
157              e_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
158              e_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
159              kh_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
160              km_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
161              p(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),    &
162              pt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
163              pt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
164              pt_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
165              tend(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
166              u_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
167              u_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
168              u_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
169              v_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
170              v_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
171              v_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
172              w_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
173              w_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
174              w_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
175
176    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
177       ALLOCATE( kh_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
178                 km_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
179    ENDIF
180
181    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
182!
183!--    2D-humidity/scalar arrays
184       ALLOCATE ( qs(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),     &
185                  qsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
186                  qswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
187
188       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
189          ALLOCATE( qsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
190                    qswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
191       ENDIF
192!
193!--    3D-humidity/scalar arrays
194       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
195                 q_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
196                 q_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
197
198!
199!--    3D-arrays needed for humidity only
200       IF ( humidity )  THEN
201          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
202
203          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
204             ALLOCATE( vpt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
205          ENDIF
206
207          IF ( cloud_physics ) THEN
208!
209!--          Liquid water content
210             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
211!
212!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
213             ALLOCATE( precipitation_amount(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
214                       precipitation_rate(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
215          ENDIF
216
217          IF ( cloud_droplets )  THEN
218!
219!--          Liquid water content, change in liquid water content,
220!--          real volume of particles (with weighting), volume of particles
221             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
222                        ql_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
223                        ql_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
224                        ql_vp(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
225          ENDIF
226
227       ENDIF
228
229    ENDIF
230
231    IF ( ocean )  THEN
232       ALLOCATE( saswsb_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
233                 saswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
234       ALLOCATE( rho_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
235                 sa_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
236                 sa_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
237                 sa_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
238       rho => rho_1  ! routine calc_mean_profile requires density to be a
239                     ! pointer
240       IF ( humidity_remote )  THEN
241          ALLOCATE( qswst_remote(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
242          qswst_remote = 0.0
243       ENDIF
244    ENDIF
245
246!
247!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
248!-- particle velocities
249    IF ( use_sgs_for_particles )  THEN
250       ALLOCATE ( diss(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
251    ELSE
252       ALLOCATE ( diss(2,2,2) )  ! required because diss is used as a
253                                 ! formal parameter
254    ENDIF
255
256    IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
257       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
258                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
259       spectrum_x = 0.0
260       spectrum_y = 0.0
261    ENDIF
262
263!
264!-- 3D-arrays for the leaf area density and the canopy drag coefficient
265    IF ( plant_canopy ) THEN
266       ALLOCATE ( lad_s(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
267                  lad_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
268                  lad_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
269                  lad_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
270                  cdc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
271
272       IF ( passive_scalar ) THEN
273          ALLOCATE ( sls(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
274                     sec(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) ) 
275       ENDIF
276
277       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
278          ALLOCATE ( lai(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
279                     canopy_heat_flux(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
280       ENDIF
281
282    ENDIF
283
284!
285!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
286    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
287       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,1:4) )
288       rif_wall = 0.0
289    ENDIF
290
291!
292!-- Velocities at nzb+1 needed for volume flow control
293    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
294       ALLOCATE( u_nzb_p1_for_vfc(nys:nyn), v_nzb_p1_for_vfc(nxl:nxr) )
295       u_nzb_p1_for_vfc = 0.0
296       v_nzb_p1_for_vfc = 0.0
297    ENDIF
298
299!
300!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
301!-- are needed for radiation boundary conditions
302    IF ( outflow_l )  THEN
303       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,1:2), &
304                 v_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1), &
305                 w_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,0:1) )
306    ENDIF
307    IF ( outflow_r )  THEN
308       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
309                 v_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx), &
310                 w_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx) )
311    ENDIF
312    IF ( outflow_l  .OR.  outflow_r )  THEN
313       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), c_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1), &
314                 c_w(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1) )
315    ENDIF
316    IF ( outflow_s )  THEN
317       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1), &
318                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxl-1:nxr+1), &
319                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxl-1:nxr+1) )
320    ENDIF
321    IF ( outflow_n )  THEN
322       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
323                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1), &
324                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxl-1:nxr+1) )
325    ENDIF
326    IF ( outflow_s  .OR.  outflow_n )  THEN
327       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), c_v(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1), &
328                 c_w(nzb:nzt+1,nxl-1:nxr+1) )
329    ENDIF
330
331!
332!-- Initial assignment of the pointers
333    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
334
335       rif_m   => rif_1;    rif   => rif_2
336       shf_m   => shf_1;    shf   => shf_2
337       tswst_m => tswst_1;  tswst => tswst_2
338       usws_m  => usws_1;   usws  => usws_2
339       uswst_m => uswst_1;  uswst => uswst_2
340       vsws_m  => vsws_1;   vsws  => vsws_2
341       vswst_m => vswst_1;  vswst => vswst_2
342       e_m  => e_1;   e  => e_2;   e_p  => e_3;   te_m  => e_3
343       kh_m => kh_1;  kh => kh_2
344       km_m => km_1;  km => km_2
345       pt_m => pt_1;  pt => pt_2;  pt_p => pt_3;  tpt_m => pt_3
346       u_m  => u_1;   u  => u_2;   u_p  => u_3;   tu_m  => u_3
347       v_m  => v_1;   v  => v_2;   v_p  => v_3;   tv_m  => v_3
348       w_m  => w_1;   w  => w_2;   w_p  => w_3;   tw_m  => w_3
349
350       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
351          qsws_m  => qsws_1;   qsws  => qsws_2
352          qswst_m => qswst_1;  qswst => qswst_2
353          q_m    => q_1;     q    => q_2;     q_p => q_3;     tq_m => q_3
354          IF ( humidity )        vpt_m  => vpt_1;   vpt  => vpt_2
355          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
356          IF ( cloud_droplets )  THEN
357             ql   => ql_1
358             ql_c => ql_2
359          ENDIF
360       ENDIF
361
362    ELSE
363
364       rif   => rif_1
365       shf   => shf_1
366       tswst => tswst_1
367       usws  => usws_1
368       uswst => uswst_1
369       vsws  => vsws_1
370       vswst => vswst_1
371       e     => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3;   e_m  => e_3
372       kh    => kh_1
373       km    => km_1
374       pt    => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3;  pt_m => pt_3
375       u     => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3;   u_m  => u_3
376       v     => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3;   v_m  => v_3
377       w     => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3;   w_m  => w_3
378
379       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
380          qsws   => qsws_1
381          qswst  => qswst_1
382          q      => q_1;     q_p  => q_2;     tq_m  => q_3;    q_m => q_3
383          IF ( humidity )        vpt  => vpt_1
384          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
385          IF ( cloud_droplets )  THEN
386             ql   => ql_1
387             ql_c => ql_2
388          ENDIF
389       ENDIF
390
391       IF ( ocean )  THEN
392          saswsb => saswsb_1
393          saswst => saswst_1
394          sa     => sa_1;    sa_p => sa_2;    tsa_m => sa_3
395       ENDIF
396
397    ENDIF
398
399!
400!-- Initialize model variables
401    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.  &
402         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
403!
404!--    First model run of a possible job queue.
405!--    Initial profiles of the variables must be computes.
406       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
407!
408!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
409!--       start 1D model
410          CALL init_1d_model
411!
412!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
413          DO  i = nxl-1, nxr+1
414             DO  j = nys-1, nyn+1
415                e(:,j,i)  = e1d
416                kh(:,j,i) = kh1d
417                km(:,j,i) = km1d
418                pt(:,j,i) = pt_init
419                u(:,j,i)  = u1d
420                v(:,j,i)  = v1d
421             ENDDO
422          ENDDO
423
424          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
425             DO  i = nxl-1, nxr+1
426                DO  j = nys-1, nyn+1
427                   q(:,j,i) = q_init
428                ENDDO
429             ENDDO
430          ENDIF
431
432          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
433             DO  i = nxl-1, nxr+1
434                DO  j = nys-1, nyn+1
435                   e(:,j,i)  = e1d
436                ENDDO
437             ENDDO
438!
439!--          Store initial profiles for output purposes etc.
440             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
441
442             IF ( prandtl_layer )  THEN
443                rif  = rif1d(nzb+1)
444                ts   = 0.0  ! could actually be computed more accurately in the
445                            ! 1D model. Update when opportunity arises.
446                us   = us1d
447                usws = usws1d
448                vsws = vsws1d
449             ELSE
450                ts   = 0.0  ! must be set, because used in
451                rif  = 0.0  ! flowste
452                us   = 0.0
453                usws = 0.0
454                vsws = 0.0
455             ENDIF
456
457          ELSE
458             e    = 0.0  ! must be set, because used in
459             rif  = 0.0  ! flowste
460             ts   = 0.0
461             us   = 0.0
462             usws = 0.0
463             vsws = 0.0
464          ENDIF
465          uswst = top_momentumflux_u
466          vswst = top_momentumflux_v
467
468!
469!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
470!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
471!--       Update when opportunity arises!
472          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  qs = 0.0
473
474!
475!--       inside buildings set velocities back to zero
476          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
477             DO  i = nxl-1, nxr+1
478                DO  j = nys-1, nyn+1
479                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0
480                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0
481                ENDDO
482             ENDDO
483             IF ( conserve_volume_flow )  THEN
484                IF ( nxr == nx )  THEN
485                   DO  j = nys, nyn
486                      DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx)
487                         u_nzb_p1_for_vfc(j) = u1d(k) * dzu(k)
488                      ENDDO
489                   ENDDO
490                ENDIF
491                IF ( nyn == ny )  THEN
492                   DO  i = nxl, nxr
493                      DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i)
494                         v_nzb_p1_for_vfc(i) = v1d(k) * dzu(k)
495                      ENDDO
496                   ENDDO
497                ENDIF
498             ENDIF
499!
500!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
501!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
502!--                   below the topography; need to correct later
503!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
504!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
505!--                     the topography.
506             IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
507!
508!--             Satisfying the Dirichlet condition with an extra layer below
509!--             the surface where the u and v component change their sign.
510                DO  i = nxl-1, nxr+1
511                   DO  j = nys-1, nyn+1
512                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = -u(1,j,i)
513                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = -v(1,j,i)
514                   ENDDO
515                ENDDO
516
517             ELSE
518!
519!--             Neumann condition
520                DO  i = nxl-1, nxr+1
521                   DO  j = nys-1, nyn+1
522                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
523                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
524                   ENDDO
525                ENDDO
526
527             ENDIF
528
529          ENDIF
530
531       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
532       THEN
533!
534!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
535!--       temperature profile with constant gradient)
536          DO  i = nxl-1, nxr+1
537             DO  j = nys-1, nyn+1
538                pt(:,j,i) = pt_init
539                u(:,j,i)  = u_init
540                v(:,j,i)  = v_init
541             ENDDO
542          ENDDO
543
544!
545!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
546!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
547!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
548!--       in the limiting formula!). The original values are stored to be later
549!--       used for volume flow control.
550          DO  i = nxl-1, nxr+1
551             DO  j = nys-1, nyn+1
552                u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
553                v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
554             ENDDO
555          ENDDO
556          IF ( conserve_volume_flow )  THEN
557             IF ( nxr == nx )  THEN
558                DO  j = nys, nyn
559                   DO  k = nzb + 1, nzb_u_inner(j,nx) + 1
560                      u_nzb_p1_for_vfc(j) = u_init(k) * dzu(k)
561                   ENDDO
562                ENDDO
563             ENDIF
564             IF ( nyn == ny )  THEN
565                DO  i = nxl, nxr
566                   DO  k = nzb + 1, nzb_v_inner(ny,i) + 1
567                      v_nzb_p1_for_vfc(i) = v_init(k) * dzu(k)
568                   ENDDO
569                ENDDO
570             ENDIF
571          ENDIF
572
573          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
574             DO  i = nxl-1, nxr+1
575                DO  j = nys-1, nyn+1
576                   q(:,j,i) = q_init
577                ENDDO
578             ENDDO
579          ENDIF
580
581          IF ( ocean )  THEN
582             DO  i = nxl-1, nxr+1
583                DO  j = nys-1, nyn+1
584                   sa(:,j,i) = sa_init
585                ENDDO
586             ENDDO
587          ENDIF
588         
589          IF ( constant_diffusion )  THEN
590             km   = km_constant
591             kh   = km / prandtl_number
592             e    = 0.0
593          ELSEIF ( e_init > 0.0 )  THEN
594             DO  k = nzb+1, nzt
595                km(k,:,:) = 0.1 * l_grid(k) * SQRT( e_init )
596             ENDDO
597             km(nzb,:,:)   = km(nzb+1,:,:)
598             km(nzt+1,:,:) = km(nzt,:,:)
599             kh   = km / prandtl_number
600             e    = e_init
601          ELSE
602             IF ( .NOT. ocean )  THEN
603                kh   = 0.01   ! there must exist an initial diffusion, because
604                km   = 0.01   ! otherwise no TKE would be produced by the
605                              ! production terms, as long as not yet
606                              ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
607             ELSE
608                kh   = 0.00001
609                km   = 0.00001
610             ENDIF
611             e    = 0.0
612          ENDIF
613          rif   = 0.0
614          ts    = 0.0
615          us    = 0.0
616          usws  = 0.0
617          uswst = top_momentumflux_u
618          vsws  = 0.0
619          vswst = top_momentumflux_v
620          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0
621
622!
623!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
624!--       of a sloping surface
625          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
626
627       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
628       THEN
629!
630!--       Initialization will completely be done by the user
631          CALL user_init_3d_model
632
633       ENDIF
634
635!
636!--    Apply channel flow boundary condition
637       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
638
639          u(nzt+1,:,:) = 0.0
640          v(nzt+1,:,:) = 0.0
641
642!--       For the Dirichlet condition to be correctly applied at the top, set
643!--       ug and vg to zero there
644          ug(nzt+1)    = 0.0
645          vg(nzt+1)    = 0.0
646
647       ENDIF
648
649!
650!--    Calculate virtual potential temperature
651       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0 + 0.61 * q )
652
653!
654!--    Store initial profiles for output purposes etc.
655       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
656       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
657       IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
658          hom(nzb,1,5,:) = -hom(nzb+1,1,5,:)  ! due to satisfying the Dirichlet
659          hom(nzb,1,6,:) = -hom(nzb+1,1,6,:)  ! condition with an extra layer
660              ! below the surface where the u and v component change their sign
661       ENDIF
662       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
663       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
664       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
665
666       IF ( ocean )  THEN
667!
668!--       Store initial salinity profile
669          hom(:,1,26,:)  = SPREAD( sa(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
670       ENDIF
671
672       IF ( humidity )  THEN
673!
674!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
675!--       temperature
676          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
677          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
678          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
679!
680!--          Store initial profile of specific humidity and potential
681!--          temperature
682             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
683             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
684          ENDIF
685       ENDIF
686
687       IF ( passive_scalar )  THEN
688!
689!--       Store initial scalar profile
690          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
691       ENDIF
692
693!
694!--    Initialize fluxes at bottom surface
695       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
696
697          IF ( constant_heatflux )  THEN
698!
699!--          Heat flux is prescribed
700             IF ( random_heatflux )  THEN
701                CALL disturb_heatflux
702             ELSE
703                shf = surface_heatflux
704!
705!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
706                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
707                   DO  i = nxl-1, nxr+1
708                      DO  j = nys-1, nyn+1
709                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
710                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
711                         ENDIF
712                      ENDDO
713                   ENDDO
714                ENDIF
715             ENDIF
716             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = shf
717          ENDIF
718
719!
720!--       Determine the near-surface water flux
721          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
722             IF ( constant_waterflux )  THEN
723                qsws   = surface_waterflux
724                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )  qsws_m = qsws
725             ENDIF
726          ENDIF
727
728       ENDIF
729
730!
731!--    Initialize fluxes at top surface
732!--    Currently, only the heatflux and salinity flux can be prescribed.
733!--    The latent flux is zero in this case!
734       IF ( use_top_fluxes )  THEN
735
736          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
737!
738!--          Heat flux is prescribed
739             tswst = top_heatflux
740             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
741
742             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
743                qswst = 0.0
744                IF ( ASSOCIATED( qswst_m ) )  qswst_m = qswst
745             ENDIF
746
747             IF ( ocean )  THEN
748                saswsb = bottom_salinityflux
749                saswst = top_salinityflux
750             ENDIF
751          ENDIF
752
753!
754!--       Initialization in case of a coupled model run
755          IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
756             tswst = 0.0
757             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
758          ENDIF
759
760       ENDIF
761
762!
763!--    Initialize Prandtl layer quantities
764       IF ( prandtl_layer )  THEN
765
766          z0 = roughness_length
767
768          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
769!
770!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
771!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
772!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
773!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
774!--          value in the course of the first few time steps.
775             shf   = 0.0
776             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = 0.0
777          ENDIF
778
779          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
780             IF ( .NOT. constant_waterflux )  THEN
781                qsws   = 0.0
782                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )   qsws_m = 0.0
783             ENDIF
784          ENDIF
785
786       ENDIF
787
788!
789!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
790       IF ( conserve_volume_flow )  THEN
791
792          volume_flow_initial_l = 0.0
793          volume_flow_area_l    = 0.0
794 
795          IF ( nxr == nx )  THEN
796             DO  j = nys, nyn
797                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
798                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
799                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
800                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
801                ENDDO
802!
803!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
804                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
805                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
806             ENDDO
807          ENDIF
808
809          IF ( nyn == ny )  THEN
810             DO  i = nxl, nxr
811                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
812                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
813                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
814                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
815                ENDDO
816!
817!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
818                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
819                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
820             ENDDO
821          ENDIF
822
823#if defined( __parallel )
824          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
825                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
826          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
827                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
828#else
829          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
830          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
831#endif
832!
833!--       In case of 'bulk_velocity' mode, volume_flow_initial is overridden
834!--       and calculated from u|v_bulk instead.
835          IF ( TRIM( conserve_volume_flow_mode ) == 'bulk_velocity' )  THEN
836             volume_flow_initial(1) = u_bulk * volume_flow_area(1)
837             volume_flow_initial(2) = v_bulk * volume_flow_area(2)
838          ENDIF
839
840       ENDIF
841
842!
843!--    For the moment, perturbation pressure and vertical velocity are zero
844       p = 0.0; w = 0.0
845
846!
847!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
848       sums = 0.0
849
850!
851!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
852!--    are zero at beginning of the simulation
853       IF ( cloud_physics )  THEN
854          ql = 0.0
855          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0
856       ENDIF
857
858!
859!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
860       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
861          CALL init_rankine
862       ENDIF
863
864!
865!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
866       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
867          CALL init_pt_anomaly
868       ENDIF
869
870!
871!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
872       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
873          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
874       ENDIF
875
876!
877!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
878!--    run
879       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
880            q_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
881          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
882       ENDIF
883
884!
885!--    Initialize the random number generator (from numerical recipes)
886       CALL random_function_ini
887
888!
889!--    Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
890!--    remove the divergences from the velocity field
891       IF ( create_disturbances )  THEN
892          CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
893          CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
894          n_sor = nsor_ini
895          CALL pres
896          n_sor = nsor
897       ENDIF
898
899!
900!--    Once again set the perturbation pressure explicitly to zero in order to
901!--    assure that it does not generate any divergences in the first time step.
902!--    At t=0 the velocity field is free of divergence (as constructed above).
903!--    Divergences being created during a time step are not yet known and thus
904!--    cannot be corrected during the time step yet.
905       p = 0.0
906
907!
908!--    Initialize old and new time levels.
909       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
910          e_m = e; pt_m = pt; u_m = u; v_m = v; w_m = w; kh_m = kh; km_m = km
911       ELSE
912          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
913       ENDIF
914       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
915
916       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
917          IF ( ASSOCIATED( q_m ) )  q_m = q
918          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  tq_m = 0.0
919          q_p = q
920          IF ( humidity  .AND.  ASSOCIATED( vpt_m ) )  vpt_m = vpt
921       ENDIF
922
923       IF ( ocean )  THEN
924          tsa_m = 0.0
925          sa_p  = sa
926       ENDIF
927
928
929    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.    &
930             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  &
931    THEN
932!
933!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data, first read
934!--    some of the global variables from restart file
935       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
936
937          WRITE (9,*) 'before read_parts_of_var_list'
938          CALL local_flush( 9 )
939          CALL read_parts_of_var_list
940          WRITE (9,*) 'after read_parts_of_var_list'
941          CALL local_flush( 9 )
942          CALL close_file( 13 )
943
944!
945!--       Initialization of the turbulence recycling method
946          IF ( turbulent_inflow )  THEN
947!
948!--          Store temporally and horizontally averaged vertical profiles to be
949!--          used as mean inflow profiles
950             ALLOCATE( mean_inflow_profiles(nzb:nzt+1,5) )
951
952             mean_inflow_profiles(:,1) = hom_sum(:,1,0)    ! u
953             mean_inflow_profiles(:,2) = hom_sum(:,2,0)    ! v
954             mean_inflow_profiles(:,4) = hom_sum(:,4,0)    ! pt
955             mean_inflow_profiles(:,5) = hom_sum(:,8,0)    ! e
956
957!
958!--          Use these mean profiles for the inflow (provided that Dirichlet
959!--          conditions are used)
960             IF ( inflow_l )  THEN
961                DO  j = nys-1, nyn+1
962                   DO  k = nzb, nzt+1
963                      u(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,1)
964                      v(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,2)
965                      w(k,j,-1)  = 0.0
966                      pt(k,j,-1) = mean_inflow_profiles(k,4)
967                      e(k,j,-1)  = mean_inflow_profiles(k,5)
968                   ENDDO
969                ENDDO
970             ENDIF
971
972!
973!--          Calculate the damping factors to be used at the inflow. For a
974!--          turbulent inflow the turbulent fluctuations have to be limited
975!--          vertically because otherwise the turbulent inflow layer will grow
976!--          in time.
977             IF ( inflow_damping_height == 9999999.9 )  THEN
978!
979!--             Default: use the inversion height calculated by the prerun; if
980!--             this is zero, inflow_damping_height must be explicitly
981!--             specified.
982                IF ( hom_sum(nzb+6,pr_palm,0) /= 0.0 )  THEN
983                   inflow_damping_height = hom_sum(nzb+6,pr_palm,0)
984                ELSE
985                   WRITE( message_string, * ) 'inflow_damping_height must be ',&
986                        'explicitly specified because&the inversion height ', &
987                        'calculated by the prerun is zero.'
988                   CALL message( 'init_3d_model', 'PA0318', 1, 2, 0, 6, 0 )
989                ENDIF
990
991             ENDIF
992
993             IF ( inflow_damping_width == 9999999.9 )  THEN
994!
995!--             Default for the transition range: one tenth of the undamped
996!--             layer
997                inflow_damping_width = 0.1 * inflow_damping_height
998
999             ENDIF
1000
1001             ALLOCATE( inflow_damping_factor(nzb:nzt+1) )
1002
1003             DO  k = nzb, nzt+1
1004
1005                IF ( zu(k) <= inflow_damping_height )  THEN
1006                   inflow_damping_factor(k) = 1.0
1007                ELSEIF ( zu(k) <= inflow_damping_height +  &
1008                                  inflow_damping_width )  THEN
1009                   inflow_damping_factor(k) = 1.0 -                            &
1010                                           ( zu(k) - inflow_damping_height ) / &
1011                                           inflow_damping_width
1012                ELSE
1013                   inflow_damping_factor(k) = 0.0
1014                ENDIF
1015
1016             ENDDO
1017          ENDIF
1018
1019       ENDIF
1020
1021!
1022!--    Read binary data from restart file
1023          WRITE (9,*) 'before read_3d_binary'
1024          CALL local_flush( 9 )
1025       CALL read_3d_binary
1026          WRITE (9,*) 'after read_3d_binary'
1027          CALL local_flush( 9 )
1028
1029!
1030!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
1031       IF ( conserve_volume_flow  .AND.  &
1032            TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1033
1034          volume_flow_initial_l = 0.0
1035          volume_flow_area_l    = 0.0
1036 
1037          IF ( nxr == nx )  THEN
1038             DO  j = nys, nyn
1039                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
1040                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1041                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
1042                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
1043                ENDDO
1044!
1045!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1046!--             Note: at present, u_nzb_p1_for_vfc is zero (maybe revise later)
1047                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
1048                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
1049             ENDDO
1050          ENDIF
1051
1052          IF ( nyn == ny )  THEN
1053             DO  i = nxl, nxr
1054                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
1055                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1056                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
1057                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
1058                ENDDO
1059!
1060!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
1061!--             Note: at present, v_nzb_p1_for_vfc is zero (maybe revise later)
1062                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
1063                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
1064             ENDDO
1065          ENDIF
1066
1067#if defined( __parallel )
1068          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
1069                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1070          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
1071                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1072#else
1073          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
1074          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
1075#endif 
1076       ENDIF
1077
1078
1079!
1080!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
1081!--    of a sloping surface
1082       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1083
1084!
1085!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
1086!--    including ghost points)
1087       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1088       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  q_p = q
1089       IF ( ocean )  sa_p = sa
1090
1091!
1092!--    Allthough tendency arrays are set in prognostic_equations, they have
1093!--    have to be predefined here because they are used (but multiplied with 0)
1094!--    there before they are set.
1095       IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
1096          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
1097          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  tq_m = 0.0
1098          IF ( ocean )  tsa_m = 0.0
1099       ENDIF
1100
1101    ELSE
1102!
1103!--    Actually this part of the programm should not be reached
1104       message_string = 'unknown initializing problem'
1105       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0193', 1, 2, 0, 6, 0 )
1106    ENDIF
1107
1108
1109    IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1110!
1111!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
1112       IF ( outflow_l )  THEN
1113          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,1:2)
1114          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,0:1)
1115          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,0:1)
1116       ENDIF
1117       IF ( outflow_r )  THEN
1118          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx)
1119          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx)
1120          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx)
1121       ENDIF
1122       IF ( outflow_s )  THEN
1123          u_m_s(:,:,:) = u(:,0:1,:)
1124          v_m_s(:,:,:) = v(:,1:2,:)
1125          w_m_s(:,:,:) = w(:,0:1,:)
1126       ENDIF
1127       IF ( outflow_n )  THEN
1128          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny,:)
1129          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny,:)
1130          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny,:)
1131       ENDIF
1132
1133    ENDIF
1134
1135!
1136!-- Initialization of the leaf area density
1137    IF ( plant_canopy ) THEN
1138 
1139       SELECT CASE ( TRIM( canopy_mode ) )
1140
1141          CASE( 'block' )
1142
1143             DO  i = nxl-1, nxr+1
1144                DO  j = nys-1, nyn+1
1145                   lad_s(:,j,i) = lad(:)
1146                   cdc(:,j,i)   = drag_coefficient
1147                   IF ( passive_scalar ) THEN
1148                      sls(:,j,i) = leaf_surface_concentration
1149                      sec(:,j,i) = scalar_exchange_coefficient
1150                   ENDIF
1151                ENDDO
1152             ENDDO
1153
1154          CASE DEFAULT
1155
1156!
1157!--          The DEFAULT case is reached either if the parameter
1158!--          canopy mode contains a wrong character string or if the
1159!--          user has coded a special case in the user interface.
1160!--          There, the subroutine user_init_plant_canopy checks
1161!--          which of these two conditions applies.
1162             CALL user_init_plant_canopy
1163 
1164          END SELECT
1165
1166       CALL exchange_horiz( lad_s )
1167       CALL exchange_horiz( cdc )
1168
1169       IF ( passive_scalar ) THEN
1170          CALL exchange_horiz( sls )
1171          CALL exchange_horiz( sec )
1172       ENDIF
1173
1174!
1175!--    Sharp boundaries of the plant canopy in horizontal directions
1176!--    In vertical direction the interpolation is retained, as the leaf
1177!--    area density is initialised by prescribing a vertical profile
1178!--    consisting of piecewise linear segments. The upper boundary
1179!--    of the plant canopy is now defined by lad_w(pch_index,:,:) = 0.0.
1180
1181       DO  i = nxl, nxr
1182          DO  j = nys, nyn
1183             DO  k = nzb, nzt+1 
1184                IF ( lad_s(k,j,i) > 0.0 ) THEN
1185                   lad_u(k,j,i)   = lad_s(k,j,i) 
1186                   lad_u(k,j,i+1) = lad_s(k,j,i)
1187                   lad_v(k,j,i)   = lad_s(k,j,i)
1188                   lad_v(k,j+1,i) = lad_s(k,j,i)
1189                ENDIF
1190             ENDDO
1191             DO  k = nzb, nzt
1192                lad_w(k,j,i) = 0.5 * ( lad_s(k+1,j,i) + lad_s(k,j,i) )
1193             ENDDO
1194          ENDDO
1195       ENDDO
1196
1197       lad_w(pch_index,:,:) = 0.0
1198       lad_w(nzt+1,:,:)     = lad_w(nzt,:,:)
1199
1200       CALL exchange_horiz( lad_u )
1201       CALL exchange_horiz( lad_v )
1202       CALL exchange_horiz( lad_w )
1203
1204!
1205!--    Initialisation of the canopy heat source distribution
1206       IF ( cthf /= 0.0 ) THEN
1207!
1208!--       Piecewise evaluation of the leaf area index by
1209!--       integration of the leaf area density
1210          lai(:,:,:) = 0.0
1211          DO  i = nxl-1, nxr+1
1212             DO  j = nys-1, nyn+1
1213                DO  k = pch_index-1, 0, -1
1214                   lai(k,j,i) = lai(k+1,j,i) +                   &
1215                                ( 0.5 * ( lad_w(k+1,j,i) +       &
1216                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1217                                  ( zw(k+1) - zu(k+1) ) )  +     &
1218                                ( 0.5 * ( lad_w(k,j,i)   +       &
1219                                          lad_s(k+1,j,i) ) *     &
1220                                  ( zu(k+1) - zw(k) ) )
1221                ENDDO
1222             ENDDO
1223          ENDDO
1224
1225!
1226!--       Evaluation of the upward kinematic vertical heat flux within the
1227!--       canopy
1228          DO  i = nxl-1, nxr+1
1229             DO  j = nys-1, nyn+1
1230                DO  k = 0, pch_index
1231                   canopy_heat_flux(k,j,i) = cthf *                    &
1232                                             exp( -0.6 * lai(k,j,i) )
1233                ENDDO
1234             ENDDO
1235          ENDDO
1236
1237!
1238!--       The near surface heat flux is derived from the heat flux
1239!--       distribution within the canopy
1240          shf(:,:) = canopy_heat_flux(0,:,:)
1241
1242          IF ( ASSOCIATED( shf_m ) ) shf_m = shf
1243
1244       ENDIF
1245
1246    ENDIF
1247
1248!
1249!-- If required, initialize dvrp-software
1250    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9 )  CALL init_dvrp
1251
1252    IF ( ocean )  THEN
1253!
1254!--    Initialize quantities needed for the ocean model
1255       CALL init_ocean
1256    ELSE
1257!
1258!--    Initialize quantities for handling cloud physics
1259!--    This routine must be called before init_particles, because
1260!--    otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
1261!--    init_particles) is not defined.
1262       CALL init_cloud_physics
1263    ENDIF
1264
1265!
1266!-- If required, initialize particles
1267    IF ( particle_advection )  CALL init_particles
1268
1269!
1270!-- Initialize quantities for special advections schemes
1271    CALL init_advec
1272
1273!
1274!-- Initialize Rayleigh damping factors
1275    rdf = 0.0
1276    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0 )  THEN
1277       IF ( .NOT. ocean )  THEN
1278          DO  k = nzb+1, nzt
1279             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
1280                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1281                      ( SIN( pi * 0.5 * ( zu(k) - rayleigh_damping_height )    &
1282                                      / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
1283                      )**2
1284             ENDIF
1285          ENDDO
1286       ELSE
1287          DO  k = nzt, nzb+1, -1
1288             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
1289                rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
1290                      ( SIN( pi * 0.5 * ( rayleigh_damping_height - zu(k) )    &
1291                                      / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1)))&
1292                      )**2
1293             ENDIF
1294          ENDDO
1295       ENDIF
1296    ENDIF
1297
1298!
1299!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
1300!-- the external pressure gradient
1301    dp_smooth_factor = 1.0
1302    IF ( dp_external )  THEN
1303!
1304!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
1305!--    (e.g. in init_grid).
1306       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
1307          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
1308          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb 
1309                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
1310       ENDIF
1311       IF ( dp_smooth )  THEN
1312          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0
1313          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
1314             dp_smooth_factor(k) = 0.5 * ( 1.0 + SIN( pi * &
1315                  ( REAL( k - dp_level_ind_b ) /  &
1316                    REAL( nzt - dp_level_ind_b ) - 0.5 ) ) )
1317          ENDDO
1318       ENDIF
1319    ENDIF
1320
1321!
1322!-- Initialize diffusivities used within the outflow damping layer in case of
1323!-- non-cyclic lateral boundaries. A linear increase is assumed over the first
1324!-- half of the width of the damping layer
1325    IF ( bc_lr == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1326
1327       DO  i = nxl-1, nxr+1
1328          IF ( i >= nx - outflow_damping_width )  THEN
1329             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1330                            ( i - ( nx - outflow_damping_width ) ) /   &
1331                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1332                                             )
1333          ELSE
1334             km_damp_x(i) = 0.0
1335          ENDIF
1336       ENDDO
1337
1338    ELSEIF ( bc_lr == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1339
1340       DO  i = nxl-1, nxr+1
1341          IF ( i <= outflow_damping_width )  THEN
1342             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1343                            ( outflow_damping_width - i ) /            &
1344                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1345                                             )
1346          ELSE
1347             km_damp_x(i) = 0.0
1348          ENDIF
1349       ENDDO
1350
1351    ENDIF
1352
1353    IF ( bc_ns == 'dirichlet/radiation' )  THEN
1354
1355       DO  j = nys-1, nyn+1
1356          IF ( j >= ny - outflow_damping_width )  THEN
1357             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1358                            ( j - ( ny - outflow_damping_width ) ) /   &
1359                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1360                                             )
1361          ELSE
1362             km_damp_y(j) = 0.0
1363          ENDIF
1364       ENDDO
1365
1366    ELSEIF ( bc_ns == 'radiation/dirichlet' )  THEN
1367
1368       DO  j = nys-1, nyn+1
1369          IF ( j <= outflow_damping_width )  THEN
1370             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
1371                            ( outflow_damping_width - j ) /            &
1372                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
1373                                             )
1374          ELSE
1375             km_damp_y(j) = 0.0
1376          ENDIF
1377       ENDDO
1378
1379    ENDIF
1380
1381!
1382!-- Initialize local summation arrays for UP flow_statistics. This is necessary
1383!-- because they may not yet have been initialized when they are called from
1384!-- flow_statistics (or - depending on the chosen model run - are never
1385!-- initialized)
1386    sums_divnew_l      = 0.0
1387    sums_divold_l      = 0.0
1388    sums_l_l           = 0.0
1389    sums_up_fraction_l = 0.0
1390    sums_wsts_bc_l     = 0.0
1391
1392!
1393!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
1394    rmask = 1.0
1395
1396!
1397!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
1398!-- of allowed timeseries is not exceeded
1399    CALL user_init
1400
1401    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
1402       WRITE( message_string, * ) 'number of time series quantities exceeds', &
1403                                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max,    &
1404                                  ' &Please increase dots_max in modules.f90.'
1405       CALL message( 'init_3d_model', 'PA0194', 1, 2, 0, 6, 0 )   
1406    ENDIF
1407
1408!
1409!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
1410!-- after call of user_init!
1411    CALL close_file( 13 )
1412
1413!
1414!-- Compute total sum of active mask grid points
1415!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
1416!--          total domain
1417!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
1418    ngp_2dh_outer_l   = 0
1419    ngp_2dh_outer     = 0
1420    ngp_2dh_s_inner_l = 0
1421    ngp_2dh_s_inner   = 0
1422    ngp_2dh_l         = 0
1423    ngp_2dh           = 0
1424    ngp_3d_inner_l    = 0
1425    ngp_3d_inner      = 0
1426    ngp_3d            = 0
1427    ngp_sums          = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
1428
1429    DO  sr = 0, statistic_regions
1430       DO  i = nxl, nxr
1431          DO  j = nys, nyn
1432             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0 )  THEN
1433!
1434!--             All xy-grid points
1435                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
1436!
1437!--             xy-grid points above topography
1438                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
1439                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
1440                ENDDO
1441                DO  k = nzb_s_inner(j,i), nz + 1
1442                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) + 1
1443                ENDDO
1444!
1445!--             All grid points of the total domain above topography
1446                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
1447                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
1448             ENDIF
1449          ENDDO
1450       ENDDO
1451    ENDDO
1452
1453    sr = statistic_regions + 1
1454#if defined( __parallel )
1455    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,  &
1456                        comm2d, ierr )
1457    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr, &
1458                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1459    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),        &
1460                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1461    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner(0), sr, MPI_INTEGER, &
1462                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
1463#else
1464    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
1465    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
1466    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
1467    ngp_3d_inner    = ngp_3d_inner_l
1468#endif
1469
1470    ngp_3d = ngp_2dh * ( nz + 2 )
1471
1472!
1473!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
1474!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
1475!-- the respective subdomain lie below the surface topography
1476    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
1477    ngp_3d_inner    = MAX( 1, ngp_3d_inner(:)      )
1478    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
1479
1480    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l )
1481
1482
1483 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.