source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 3700

Last change on this file since 3700 was 3700, checked in by knoop, 3 years ago

Moved user_define_netdf_grid into user_module.f90
Added module interface for the definition of additional timeseries

  • 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/mosaik_M2/init_3d_model.f902360-3471
    /palm/branches/palm4u/SOURCE/init_3d_model.f902540-2692
    /palm/branches/rans/SOURCE/init_3d_model.f902078-3128
    /palm/branches/resler/SOURCE/init_3d_model.f902023-3605
    /palm/branches/salsa/SOURCE/init_3d_model.f902503-3581
File size: 90.5 KB
Line 
1!> @file init_3d_model.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2019 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: init_3d_model.f90 3700 2019-01-26 17:03:42Z knoop $
27! Some interface calls moved to module_interface + cleanup
28!
29! 3648 2019-01-02 16:35:46Z suehring
30! Rename subroutines for surface-data output
31!
32! 3636 2018-12-19 13:48:34Z raasch
33! nopointer option removed
34!
35! 3609 2018-12-07 13:37:59Z suehring
36! Furhter correction in initialization of surfaces in cyclic-fill case
37!
38! 3608 2018-12-07 12:59:57Z suehring
39! Bugfix in initialization of surfaces in cyclic-fill case
40!
41! 3589 2018-11-30 15:09:51Z suehring
42! Move the control parameter "salsa" from salsa_mod to control_parameters
43! (M. Kurppa)
44!
45! 3582 2018-11-29 19:16:36Z suehring
46! Bugfix in initialization of turbulence generator
47!
48! 3569 2018-11-27 17:03:40Z kanani
49! dom_dwd_user, Schrempf:
50! Remove uv exposure model code, this is now part of biometeorology_mod,
51! remove bio_init_arrays.
52!
53! 3547 2018-11-21 13:21:24Z suehring
54! variables documented
55!
56! 3525 2018-11-14 16:06:14Z kanani
57! Changes related to clean-up of biometeorology (dom_dwd_user)
58!
59! 3524 2018-11-14 13:36:44Z raasch
60! preprocessor directive added to avoid the compiler to complain about unused
61! variable
62!
63! 3473 2018-10-30 20:50:15Z suehring
64! Add virtual measurement module
65!
66! 3472 2018-10-30 20:43:50Z suehring
67! Add indoor model (kanani, srissman, tlang)
68!
69! 3467 2018-10-30 19:05:21Z suehring
70! Implementation of a new aerosol module salsa.
71!
72! 3458 2018-10-30 14:51:23Z kanani
73! from chemistry branch r3443, basit:
74! bug fixed in sums and sums_l for chemistry profile output
75!
76! 3448 2018-10-29 18:14:31Z kanani
77! Add biometeorology
78!
79! 3421 2018-10-24 18:39:32Z gronemeier
80! Initialize surface data output
81!
82! 3415 2018-10-24 11:57:50Z suehring
83! Set bottom boundary condition for geostrophic wind components in inifor
84! initialization
85!
86! 3347 2018-10-15 14:21:08Z suehring
87! - Separate offline nesting from large_scale_nudging_mod
88! - Improve the synthetic turbulence generator
89!
90! 3298 2018-10-02 12:21:11Z kanani
91! Minor formatting (kanani)
92! Added CALL to the chem_emissions module (Russo)
93!
94! 3294 2018-10-01 02:37:10Z raasch
95! allocate and set stokes drift velocity profiles
96!
97! 3298 2018-10-02 12:21:11Z kanani
98! Minor formatting (kanani)
99! Added CALL to the chem_emissions module (Russo)
100!
101! 3294 2018-10-01 02:37:10Z raasch
102! changes concerning modularization of ocean option
103!
104! 3289 2018-09-28 10:23:58Z suehring
105! Introduce module parameter for number of inflow profiles
106!
107! 3288 2018-09-28 10:23:08Z suehring
108! Modularization of all bulk cloud physics code components
109!
110! 3241 2018-09-12 15:02:00Z raasch
111! unused variables removed
112!
113! 3234 2018-09-07 13:46:58Z schwenkel
114! The increase of dots_num in case of radiation or land surface model must
115! be done before user_init is called
116!
117! 3183 2018-07-27 14:25:55Z suehring
118! Revise Inifor initialization
119!
120! 3182 2018-07-27 13:36:03Z suehring
121! Added multi agent system
122!
123! 3129 2018-07-16 07:45:13Z gronemeier
124! Move initialization call for nudging and 1D/3D offline nesting.
125! Revise initialization with inifor data.
126!
127! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
128! Error messages revised
129!
130! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
131! Error messages revised
132!
133! 3042 2018-05-25 10:44:37Z schwenkel
134! Changed the name specific humidity to mixing ratio
135!
136! 3040 2018-05-25 10:22:08Z schwenkel
137! Add option to initialize warm air bubble close to surface
138!
139! 3014 2018-05-09 08:42:38Z maronga
140! Bugfix: initialization of ts_value missing
141!
142! 3011 2018-05-07 14:38:42Z schwenkel
143! removed redundant if statement
144!
145! 3004 2018-04-27 12:33:25Z Giersch
146! precipitation_rate removed
147!
148! 2995 2018-04-19 12:13:16Z Giersch
149! CALL radiation_control is not necessary during initialization because
150! calculation of radiative fluxes at model start is done in radiation_init
151! in any case
152!
153! 2977 2018-04-17 10:27:57Z kanani
154! Implement changes from branch radiation (r2948-2971) with minor modifications
155! (moh.hefny):
156! - set radiation_interactions according to the existence of urban/land vertical
157!   surfaces and trees to activiate RTM
158! - set average_radiation to TRUE if RTM is activiated
159!
160! 2938 2018-03-27 15:52:42Z suehring
161! - Revise Inifor initialization for geostrophic wind components
162! - Initialize synthetic turbulence generator in case of Inifor initialization 
163!
164! 2936 2018-03-27 14:49:27Z suehring
165! Synchronize parent and child models after initialization.
166! Remove obsolete masking of topography grid points for Runge-Kutta weighted
167! tendency arrays.
168!
169! 2920 2018-03-22 11:22:01Z kanani
170! Add call for precalculating apparent solar positions (moh.hefny)
171!
172! 2906 2018-03-19 08:56:40Z Giersch
173! The variables read/write_svf_on_init have been removed. Instead ENVIRONMENT
174! variables read/write_svf have been introduced. Location_message has been
175! added.
176!
177! 2894 2018-03-15 09:17:58Z Giersch
178! Renamed routines with respect to reading restart data, file 13 is closed in
179! rrd_read_parts_of_global now
180!
181! 2867 2018-03-09 09:40:23Z suehring
182! Further bugfix concerning call of user_init.
183!
184! 2864 2018-03-08 11:57:45Z suehring
185! Bugfix, move call of user_init in front of initialization of grid-point
186! arrays
187!
188! 2817 2018-02-19 16:32:21Z knoop
189! Preliminary gust module interface implemented
190!
191! 2776 2018-01-31 10:44:42Z Giersch
192! Variable use_synthetic_turbulence_generator has been abbreviated
193!
194! 2766 2018-01-22 17:17:47Z kanani
195! Removed preprocessor directive __chem
196!
197! 2758 2018-01-17 12:55:21Z suehring
198! In case of spinup of land- and urban-surface model, do not mask wind velocity
199! at first computational grid level
200!
201! 2746 2018-01-15 12:06:04Z suehring
202! Move flag plant canopy to modules
203!
204! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
205! Corrected "Former revisions" section
206!
207! 2705 2017-12-18 11:26:23Z maronga
208! Bugfix for reading initial profiles from ls/nuding file
209!
210! 2701 2017-12-15 15:40:50Z suehring
211! Changes from last commit documented
212!
213! 2700 2017-12-15 14:12:35Z suehring
214! Bugfix, missing initialization of surface attributes in case of
215! inifor-initialization branch
216!
217! 2698 2017-12-14 18:46:24Z suehring
218! Bugfix in get_topography_top_index
219!
220! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
221! Change in file header (GPL part)
222! Implementation of uv exposure model (FK)
223! Moved initialisation of diss, e, kh, km to turbulence_closure_mod (TG)
224! Added chemical emissions (FK)
225! Initialize masking arrays and number-of-grid-points arrays before initialize
226! LSM, USM and radiation module
227! Initialization with inifor (MS)
228!
229! 2618 2017-11-16 15:37:30Z suehring
230! Reorder calls of init_surfaces.
231!
232! 2564 2017-10-19 15:56:56Z Giersch
233! Variable wind_turbine was added to control_parameters.
234!
235! 2550 2017-10-16 17:12:01Z boeske
236! Modifications to cyclic fill method and turbulence recycling method in case of
237! complex terrain simulations
238!
239! 2513 2017-10-04 09:24:39Z kanani
240! Bugfix in storing initial scalar profile (wrong index)
241!
242! 2350 2017-08-15 11:48:26Z kanani
243! Bugfix in nopointer version
244!
245! 2339 2017-08-07 13:55:26Z gronemeier
246! corrected timestamp in header
247!
248! 2338 2017-08-07 12:15:38Z gronemeier
249! Modularize 1D model
250!
251! 2329 2017-08-03 14:24:56Z knoop
252! Removed temporary bugfix (r2327) as bug is properly resolved by this revision
253!
254! 2327 2017-08-02 07:40:57Z maronga
255! Temporary bugfix
256!
257! 2320 2017-07-21 12:47:43Z suehring
258! Modularize large-scale forcing and nudging
259!
260! 2292 2017-06-20 09:51:42Z schwenkel
261! Implementation of new microphysic scheme: cloud_scheme = 'morrison'
262! includes two more prognostic equations for cloud drop concentration (nc) 
263! and cloud water content (qc).
264!
265! 2277 2017-06-12 10:47:51Z kanani
266! Removed unused variable sums_up_fraction_l
267!
268! 2270 2017-06-09 12:18:47Z maronga
269! dots_num must be increased when LSM and/or radiation is used
270!
271! 2259 2017-06-08 09:09:11Z gronemeier
272! Implemented synthetic turbulence generator
273!
274! 2252 2017-06-07 09:35:37Z knoop
275! rho_air now depending on surface_pressure even in Boussinesq mode
276!
277! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
278!
279! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
280! Adjustments to new topography and surface concept:
281!   - Modify passed parameters for disturb_field
282!   - Topography representation via flags
283!   - Remove unused arrays.
284!   - Move initialization of surface-related quantities to surface_mod
285!
286! 2172 2017-03-08 15:55:25Z knoop
287! Bugfix: moved parallel random generator initialization into its module
288!
289! 2118 2017-01-17 16:38:49Z raasch
290! OpenACC directives removed
291!
292! 2037 2016-10-26 11:15:40Z knoop
293! Anelastic approximation implemented
294!
295! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
296! renamed variable rho to rho_ocean
297!
298! 2011 2016-09-19 17:29:57Z kanani
299! Flag urban_surface is now defined in module control_parameters.
300!
301! 2007 2016-08-24 15:47:17Z kanani
302! Added support for urban surface model,
303! adjusted location_message in case of plant_canopy
304!
305! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
306! Forced header and separation lines into 80 columns
307!
308! 1992 2016-08-12 15:14:59Z suehring
309! Initializaton of scalarflux at model top
310! Bugfixes in initialization of surface and top salinity flux, top scalar and
311! humidity fluxes
312!
313! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
314! Separate humidity and passive scalar
315! Increase dimension for mean_inflow_profiles
316! Remove inadvertent write-statement
317! Bugfix, large-scale forcing is still not implemented for passive scalars
318!
319! 1957 2016-07-07 10:43:48Z suehring
320! flight module added
321!
322! 1920 2016-05-30 10:50:15Z suehring
323! Initialize us with very small number to avoid segmentation fault during
324! calculation of Obukhov length
325!
326! 1918 2016-05-27 14:35:57Z raasch
327! intermediate_timestep_count is set 0 instead 1 for first call of pres,
328! bugfix: initialization of local sum arrays are moved to the beginning of the
329!         routine because otherwise results from pres are overwritten
330!
331! 1914 2016-05-26 14:44:07Z witha
332! Added initialization of the wind turbine model
333!
334! 1878 2016-04-19 12:30:36Z hellstea
335! The zeroth element of weight_pres removed as unnecessary
336!
337! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
338! Adapted for modularization of microphysics.
339! precipitation_amount, precipitation_rate, prr moved to arrays_3d.
340! Initialization of nc_1d, nr_1d, pt_1d, qc_1d, qr_1d, q_1d moved to
341! bcm_init.
342!
343! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
344! nzb_2d replaced by nzb_u|v_inner
345!
346! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
347! initialization of spectra quantities moved to spectra_mod
348!
349! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
350! turbulence renamed collision_turbulence
351!
352! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
353! Renamed radiation calls.
354! Renamed canopy model calls.
355!
356! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
357! icloud_scheme replaced by microphysics_*
358!
359! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
360! Renamed lsm calls.
361!
362! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
363! zero-settings for velocities inside topography re-activated (was deactivated
364! in r1762)
365!
366! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
367! Added z0q.
368! Syntax layout improved.
369!
370! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
371! netcdf module name changed + related changes
372!
373! 1764 2016-02-28 12:45:19Z raasch
374! bugfix: increase size of volume_flow_area_l and volume_flow_initial_l by 1
375!
376! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
377! Introduction of nested domain feature
378!
379! 1738 2015-12-18 13:56:05Z raasch
380! calculate mean surface level height for each statistic region
381!
382! 1734 2015-12-02 12:17:12Z raasch
383! no initial disturbances in case that the disturbance energy limit has been
384! set zero
385!
386! 1707 2015-11-02 15:24:52Z maronga
387! Bugfix: transfer of Richardson number from 1D model to Obukhov length caused
388! devision by zero in neutral stratification
389!
390! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
391! Call to init_surface_layer added. rif is replaced by ol and zeta.
392!
393! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
394! Code annotations made doxygen readable
395!
396! 1615 2015-07-08 18:49:19Z suehring
397! Enable turbulent inflow for passive_scalar and humidity
398!
399! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
400! Initialization of radiation code is now done after LSM initializtion
401!
402! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
403! adjustments for psolver-queries
404!
405! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
406! Allocation of land surface arrays is now done in the subroutine lsm_init_arrays,
407! which is part of land_surface_model.
408!
409! 1507 2014-12-10 12:14:18Z suehring
410! Bugfix: set horizontal velocity components to zero inside topography
411!
412! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
413! Added initialization of the land surface and radiation schemes
414!
415! 1484 2014-10-21 10:53:05Z kanani
416! Changes due to new module structure of the plant canopy model:
417! canopy-related initialization (e.g. lad and canopy_heat_flux) moved to new
418! subroutine init_plant_canopy within the module plant_canopy_model_mod,
419! call of subroutine init_plant_canopy added.
420!
421! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
422! var_d added, in order to normalize spectra.
423!
424! 1429 2014-07-15 12:53:45Z knoop
425! Ensemble run capability added to parallel random number generator
426!
427! 1411 2014-05-16 18:01:51Z suehring
428! Initial horizontal velocity profiles were not set to zero at the first vertical
429! grid level in case of non-cyclic lateral boundary conditions.
430!
431! 1406 2014-05-16 13:47:01Z raasch
432! bugfix: setting of initial velocities at k=1 to zero not in case of a
433! no-slip boundary condition for uv
434!
435! 1402 2014-05-09 14:25:13Z raasch
436! location messages modified
437!
438! 1400 2014-05-09 14:03:54Z knoop
439! Parallel random number generator added
440!
441! 1384 2014-05-02 14:31:06Z raasch
442! location messages added
443!
444! 1361 2014-04-16 15:17:48Z hoffmann
445! tend_* removed
446! Bugfix: w_subs is not allocated anymore if it is already allocated
447!
448! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
449! module lpm_init_mod added to use statements, because lpm_init has become a
450! module
451!
452! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
453! REAL constants provided with KIND-attribute
454!
455! 1340 2014-03-25 19:45:13Z kanani
456! REAL constants defined as wp-kind
457!
458! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
459! REAL constants defined as wp-kind
460! module interfaces removed
461!
462! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
463! ONLY-attribute added to USE-statements,
464! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
465! kinds are defined in new module kinds,
466! revision history before 2012 removed,
467! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
468! all variable declaration statements
469!
470! 1316 2014-03-17 07:44:59Z heinze
471! Bugfix: allocation of w_subs
472!
473! 1299 2014-03-06 13:15:21Z heinze
474! Allocate w_subs due to extension of large scale subsidence in combination
475! with large scale forcing data (LSF_DATA)
476!
477! 1241 2013-10-30 11:36:58Z heinze
478! Overwrite initial profiles in case of nudging
479! Inititialize shf and qsws in case of large_scale_forcing
480!
481! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
482! +rflags_s_inner in copyin statement, use copyin for most arrays instead of
483! copy
484!
485! 1212 2013-08-15 08:46:27Z raasch
486! array tri is allocated and included in data copy statement
487!
488! 1195 2013-07-01 12:27:57Z heinze
489! Bugfix: move allocation of ref_state to parin.f90 and read_var_list.f90
490!
491! 1179 2013-06-14 05:57:58Z raasch
492! allocate and set ref_state to be used in buoyancy terms
493!
494! 1171 2013-05-30 11:27:45Z raasch
495! diss array is allocated with full size if accelerator boards are used
496!
497! 1159 2013-05-21 11:58:22Z fricke
498! -bc_lr_dirneu, bc_lr_neudir, bc_ns_dirneu, bc_ns_neudir
499!
500! 1153 2013-05-10 14:33:08Z raasch
501! diss array is allocated with dummy elements even if it is not needed
502! (required by PGI 13.4 / CUDA 5.0)
503!
504! 1115 2013-03-26 18:16:16Z hoffmann
505! unused variables removed
506!
507! 1113 2013-03-10 02:48:14Z raasch
508! openACC directive modified
509!
510! 1111 2013-03-08 23:54:10Z raasch
511! openACC directives added for pres
512! array diss allocated only if required
513!
514! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
515! unused variables removed
516!
517! 1065 2012-11-22 17:42:36Z hoffmann
518! allocation of diss (dissipation rate) in case of turbulence = .TRUE. added
519!
520! 1053 2012-11-13 17:11:03Z hoffmann
521! allocation and initialisation of necessary data arrays for the two-moment
522! cloud physics scheme the two new prognostic equations (nr, qr):
523! +dr, lambda_r, mu_r, sed_*, xr, *s, *sws, *swst, *, *_p, t*_m, *_1, *_2, *_3,
524! +tend_*, prr
525!
526! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
527! code put under GPL (PALM 3.9)
528!
529! 1032 2012-10-21 13:03:21Z letzel
530! save memory by not allocating pt_2 in case of neutral = .T.
531!
532! 1025 2012-10-07 16:04:41Z letzel
533! bugfix: swap indices of mask for ghost boundaries
534!
535! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
536! mask is set to zero for ghost boundaries
537!
538! 1010 2012-09-20 07:59:54Z raasch
539! cpp switch __nopointer added for pointer free version
540!
541! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
542! nxra,nyna, nzta replaced ny nxr, nyn, nzt
543!
544! 1001 2012-09-13 14:08:46Z raasch
545! all actions concerning leapfrog scheme removed
546!
547! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
548! little reformatting
549!
550! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
551! outflow damping layer removed
552! roughness length for scalar quantites z0h added
553! damping zone for the potential temperatur in case of non-cyclic lateral
554! boundaries added
555! initialization of ptdf_x, ptdf_y
556! initialization of c_u_m, c_u_m_l, c_v_m, c_v_m_l, c_w_m, c_w_m_l
557!
558! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
559! init_particles renamed lpm_init
560!
561! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
562! wang_collision_kernel renamed wang_kernel
563!
564! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
565! Initial revision
566!
567!
568! Description:
569! ------------
570!> Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
571!> a) pre-run the 1D model
572!> or
573!> b) pre-set constant linear profiles
574!> or
575!> c) read values of a previous run
576!------------------------------------------------------------------------------!
577 SUBROUTINE init_3d_model
578
579
580    USE advec_ws
581
582    USE arrays_3d
583
584    USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
585        ONLY:  c_p, g, l_v, pi, r_d, exner_function, exner_function_invers,    &
586               ideal_gas_law_rho, ideal_gas_law_rho_pt, barometric_formula
587
588    USE bulk_cloud_model_mod,                                                  &
589        ONLY:  bulk_cloud_model
590
591    USE chem_modules,                                                          &
592        ONLY:  max_pr_cs ! ToDo: this dependency needs to be removed cause it is ugly #new_dom
593
594    USE control_parameters
595
596    USE grid_variables,                                                        &
597        ONLY:  dx, dy, ddx2_mg, ddy2_mg
598
599    USE indices
600
601    USE kinds
602
603    USE lpm_init_mod,                                                          &
604        ONLY:  lpm_init
605 
606    USE lsf_nudging_mod,                                                       &
607        ONLY:  ls_forcing_surf
608
609    USE model_1d_mod,                                                          &
610        ONLY:  init_1d_model, l1d, u1d, v1d
611
612    USE module_interface,                                                      &
613        ONLY:  module_interface_init_arrays, module_interface_init
614
615    USE multi_agent_system_mod,                                                &
616        ONLY:  agents_active, mas_init
617
618    USE netcdf_interface,                                                      &
619        ONLY:  dots_max
620
621    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
622        ONLY:  chem_emis, chem_emis_att, init_3d,                              &
623               netcdf_data_input_init_3d, netcdf_data_input_interpolate
624
625    USE nesting_offl_mod,                                                      &
626        ONLY:  nesting_offl_init
627
628    USE particle_attributes,                                                   &
629        ONLY:  particle_advection
630
631    USE pegrid
632
633#if defined( __parallel )
634    USE pmc_interface,                                                         &
635        ONLY:  nested_run
636#endif
637
638    USE radiation_model_mod,                                                   &
639        ONLY:  radiation, radiation_scheme
640
641    USE random_function_mod
642
643    USE random_generator_parallel,                                             &
644        ONLY:  init_parallel_random_generator
645
646    USE read_restart_data_mod,                                                 &
647        ONLY:  rrd_read_parts_of_global, rrd_local
648
649    USE statistics,                                                            &
650        ONLY:  hom, hom_sum, mean_surface_level_height, pr_palm, rmask,        &
651               statistic_regions, sums, sums_divnew_l, sums_divold_l, sums_l,  &
652               sums_l_l, sums_wsts_bc_l, ts_value,                             &
653               weight_pres, weight_substep
654
655    USE synthetic_turbulence_generator_mod,                                    &
656        ONLY:  parametrize_inflow_turbulence, stg_adjust, stg_init,            &
657               use_syn_turb_gen
658
659    USE surface_layer_fluxes_mod,                                              &
660        ONLY:  init_surface_layer_fluxes
661
662    USE surface_mod,                                                           &
663        ONLY :  init_surface_arrays, init_surfaces, surf_def_h, surf_lsm_h,    &
664                surf_usm_h, get_topography_top_index_ji, vertical_surfaces_exist
665
666    USE surface_data_output_mod,                                               &
667        ONLY:  surface_data_output_init
668
669    USE transpose_indices
670
671    USE turbulence_closure_mod,                                                &
672        ONLY:  tcm_init_arrays, tcm_init
673
674    IMPLICIT NONE
675
676    INTEGER(iwp) ::  i             !< grid index in x direction
677    INTEGER(iwp) ::  ind_array(1)  !< dummy used to determine start index for external pressure forcing
678    INTEGER(iwp) ::  j             !< grid index in y direction
679    INTEGER(iwp) ::  k             !< grid index in z direction
680    INTEGER(iwp) ::  k_surf        !< surface level index
681    INTEGER(iwp) ::  m             !< index of surface element in surface data type
682    INTEGER(iwp) ::  sr            !< index of statistic region
683
684    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  ngp_2dh_l  !< toal number of horizontal grid points in statistical region on subdomain
685
686    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l    !< number of horizontal non-wall bounded grid points on subdomain
687    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_s_inner_l  !< number of horizontal non-topography grid points on subdomain
688
689    REAL(wp)     ::  t_surface !< air temperature at the surface
690
691    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  init_l        !< dummy array used for averaging 3D data to obtain inital profiles
692    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  p_hydrostatic !< hydrostatic pressure
693
694    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
695    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
696    REAL(wp) ::  dx_l !< grid spacing along x on different multigrid level
697    REAL(wp) ::  dy_l !< grid spacing along y on different multigrid level
698
699    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_area_l     !< area of lateral and top model domain surface on local subdomain
700    REAL(wp), DIMENSION(1:3) ::  volume_flow_initial_l  !< initial volume flow into model domain
701
702    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  mean_surface_level_height_l !< mean surface level height on subdomain
703    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_l    !< total number of non-topography grid points on subdomain
704    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_3d_inner_tmp  !< total number of non-topography grid points
705
706    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift   !< topography-top index on u-grid, used to vertically shift initial profiles
707    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift   !< topography-top index on v-grid, used to vertically shift initial profiles
708    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift   !< topography-top index on w-grid, used to vertically shift initial profiles
709    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift   !< topography-top index on scalar-grid, used to vertically shift initial profiles
710    INTEGER(iwp) ::  nz_u_shift_l !< topography-top index on u-grid, used to vertically shift initial profiles
711    INTEGER(iwp) ::  nz_v_shift_l !< topography-top index on v-grid, used to vertically shift initial profiles
712    INTEGER(iwp) ::  nz_w_shift_l !< topography-top index on w-grid, used to vertically shift initial profiles
713    INTEGER(iwp) ::  nz_s_shift_l !< topography-top index on scalar-grid, used to vertically shift initial profiles
714
715    CALL location_message( 'allocating arrays', .FALSE. )
716!
717!-- Allocate arrays
718    ALLOCATE( mean_surface_level_height(0:statistic_regions),                  &
719              mean_surface_level_height_l(0:statistic_regions),                &
720              ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions),    &
721              ngp_3d(0:statistic_regions),                                     &
722              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                               &
723              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                             &
724              ngp_3d_inner_tmp(0:statistic_regions),                           &
725              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                              &
726              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
727    ALLOCATE( dp_smooth_factor(nzb:nzt), rdf(nzb+1:nzt), rdf_sc(nzb+1:nzt) )
728    ALLOCATE( ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                    &
729              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
730              ngp_2dh_s_inner(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                  &
731              ngp_2dh_s_inner_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
732              rmask(nysg:nyng,nxlg:nxrg,0:statistic_regions),                  &
733              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs),                   &
734              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user+max_pr_cs,0:threads_per_task-1),      &
735              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1),    &
736              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions) )
737    ALLOCATE( ts_value(dots_max,0:statistic_regions) )
738    ALLOCATE( ptdf_x(nxlg:nxrg), ptdf_y(nysg:nyng) )
739
740    ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr),                                    &
741              p(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
742              tend(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
743
744    ALLOCATE( pt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
745              pt_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
746              u_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
747              u_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
748              u_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
749              v_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
750              v_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
751              v_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
752              w_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
753              w_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
754              w_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
755    IF (  .NOT.  neutral )  THEN
756       ALLOCATE( pt_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
757    ENDIF
758
759!
760!-- Following array is required for perturbation pressure within the iterative
761!-- pressure solvers. For the multistep schemes (Runge-Kutta), array p holds
762!-- the weighted average of the substeps and cannot be used in the Poisson
763!-- solver.
764    IF ( psolver == 'sor' )  THEN
765       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
766    ELSEIF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
767!
768!--    For performance reasons, multigrid is using one ghost layer only
769       ALLOCATE( p_loc(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
770    ENDIF
771
772!
773!-- Array for storing constant coeffficients of the tridiagonal solver
774    IF ( psolver == 'poisfft' )  THEN
775       ALLOCATE( tri(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1,2) )
776       ALLOCATE( tric(nxl_z:nxr_z,nys_z:nyn_z,0:nz-1) )
777    ENDIF
778
779    IF ( humidity )  THEN
780!
781!--    3D-humidity
782       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
783                 q_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
784                 q_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
785                 vpt_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ) 
786
787       IF ( cloud_droplets )  THEN
788!
789!--       Liquid water content, change in liquid water content
790          ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
791                     ql_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
792!
793!--       Real volume of particles (with weighting), volume of particles
794          ALLOCATE ( ql_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                      &
795                     ql_vp(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
796       ENDIF
797
798    ENDIF   
799   
800    IF ( passive_scalar )  THEN
801
802!
803!--    3D scalar arrays
804       ALLOCATE( s_1(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
805                 s_2(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                           &
806                 s_3(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
807
808    ENDIF
809
810!
811!-- Allocate and set 1d-profiles for Stokes drift velocity. It may be set to
812!-- non-zero values later in ocean_init
813    ALLOCATE( u_stokes_zu(nzb:nzt+1), u_stokes_zw(nzb:nzt+1),                  &
814              v_stokes_zu(nzb:nzt+1), v_stokes_zw(nzb:nzt+1) )
815    u_stokes_zu(:) = 0.0_wp
816    u_stokes_zw(:) = 0.0_wp
817    v_stokes_zu(:) = 0.0_wp
818    v_stokes_zw(:) = 0.0_wp
819
820!
821!-- Allocation of anelastic and Boussinesq approximation specific arrays
822    ALLOCATE( p_hydrostatic(nzb:nzt+1) )
823    ALLOCATE( rho_air(nzb:nzt+1) )
824    ALLOCATE( rho_air_zw(nzb:nzt+1) )
825    ALLOCATE( drho_air(nzb:nzt+1) )
826    ALLOCATE( drho_air_zw(nzb:nzt+1) )
827!
828!-- Density profile calculation for anelastic approximation
829    t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**( r_d / c_p )
830    IF ( TRIM( approximation ) == 'anelastic' ) THEN
831       DO  k = nzb, nzt+1
832          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
833                                ( 1 - ( g * zu(k) ) / ( c_p * t_surface )      &
834                                )**( c_p / r_d )
835          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
836                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
837                                  )**( r_d / c_p )                             &
838                                ) / ( r_d * pt_init(k) )
839       ENDDO
840       DO  k = nzb, nzt
841          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
842       ENDDO
843       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
844                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
845    ELSE
846       DO  k = nzb, nzt+1
847          p_hydrostatic(k)    = surface_pressure * 100.0_wp *                  &
848                                ( 1 - ( g * zu(nzb) ) / ( c_p * t_surface )    &
849                                )**( c_p / r_d )
850          rho_air(k)          = ( p_hydrostatic(k) *                           &
851                                  ( 100000.0_wp / p_hydrostatic(k)             &
852                                  )**( r_d / c_p )                             &
853                                ) / ( r_d * pt_init(nzb) )
854       ENDDO
855       DO  k = nzb, nzt
856          rho_air_zw(k) = 0.5_wp * ( rho_air(k) + rho_air(k+1) )
857       ENDDO
858       rho_air_zw(nzt+1)  = rho_air_zw(nzt)                                    &
859                            + 2.0_wp * ( rho_air(nzt+1) - rho_air_zw(nzt)  )
860    ENDIF
861!
862!-- compute the inverse density array in order to avoid expencive divisions
863    drho_air    = 1.0_wp / rho_air
864    drho_air_zw = 1.0_wp / rho_air_zw
865
866!
867!-- Allocation of flux conversion arrays
868    ALLOCATE( heatflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
869    ALLOCATE( waterflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
870    ALLOCATE( momentumflux_input_conversion(nzb:nzt+1) )
871    ALLOCATE( heatflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
872    ALLOCATE( waterflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
873    ALLOCATE( momentumflux_output_conversion(nzb:nzt+1) )
874
875!
876!-- calculate flux conversion factors according to approximation and in-/output mode
877    DO  k = nzb, nzt+1
878
879        IF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'kinematic' )  THEN
880            heatflux_input_conversion(k)      = rho_air_zw(k)
881            waterflux_input_conversion(k)     = rho_air_zw(k)
882            momentumflux_input_conversion(k)  = rho_air_zw(k)
883        ELSEIF ( TRIM( flux_input_mode ) == 'dynamic' ) THEN
884            heatflux_input_conversion(k)      = 1.0_wp / c_p
885            waterflux_input_conversion(k)     = 1.0_wp / l_v
886            momentumflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
887        ENDIF
888
889        IF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'kinematic' )  THEN
890            heatflux_output_conversion(k)     = drho_air_zw(k)
891            waterflux_output_conversion(k)    = drho_air_zw(k)
892            momentumflux_output_conversion(k) = drho_air_zw(k)
893        ELSEIF ( TRIM( flux_output_mode ) == 'dynamic' ) THEN
894            heatflux_output_conversion(k)     = c_p
895            waterflux_output_conversion(k)    = l_v
896            momentumflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
897        ENDIF
898
899        IF ( .NOT. humidity ) THEN
900            waterflux_input_conversion(k)  = 1.0_wp
901            waterflux_output_conversion(k) = 1.0_wp
902        ENDIF
903
904    ENDDO
905
906!
907!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
908!-- grid levels with respective density on each grid
909    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
910
911       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level) )
912       ALLOCATE( ddy2_mg(maximum_grid_level) )
913       ALLOCATE( dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
914       ALLOCATE( dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level) )
915       ALLOCATE( f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
916       ALLOCATE( f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
917       ALLOCATE( f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
918       ALLOCATE( rho_air_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
919       ALLOCATE( rho_air_zw_mg(nzb:nzt+1,maximum_grid_level) )
920
921       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
922       rho_air_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air
923!       
924!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
925       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
926       rho_air_mg(nzb,maximum_grid_level) = rho_air(nzb) +                     &
927                                             (rho_air(nzb) - rho_air(nzb+1))
928
929       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
930       rho_air_zw_mg(:,maximum_grid_level) = rho_air_zw
931       nzt_l = nzt
932       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
933           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
934           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
935           rho_air_mg(nzb,l)    = rho_air_mg(nzb,l+1) + (rho_air_mg(nzb,l+1) - rho_air_mg(nzb+1,l+1))
936           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))
937           rho_air_mg(nzb+1,l)    = rho_air_mg(nzb+1,l+1)
938           rho_air_zw_mg(nzb+1,l) = rho_air_zw_mg(nzb+1,l+1)
939           nzt_l = nzt_l / 2
940           DO  k = 2, nzt_l+1
941              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
942              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
943              rho_air_mg(k,l)    = rho_air_mg(2*k-1,l+1)
944              rho_air_zw_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(2*k-1,l+1)
945           ENDDO
946       ENDDO
947
948       nzt_l = nzt
949       dx_l  = dx
950       dy_l  = dy
951       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
952          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
953          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
954          DO  k = nzb+1, nzt_l
955             f2_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k,l) / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
956             f3_mg(k,l) = rho_air_zw_mg(k-1,l) / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
957             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) &
958                          * rho_air_mg(k,l) + f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
959          ENDDO
960          nzt_l = nzt_l / 2
961          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
962          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
963       ENDDO
964
965    ENDIF
966
967!
968!-- 1D-array for large scale subsidence velocity
969    IF ( .NOT. ALLOCATED( w_subs ) )  THEN
970       ALLOCATE ( w_subs(nzb:nzt+1) )
971       w_subs = 0.0_wp
972    ENDIF
973
974!
975!-- Arrays to store velocity data from t-dt and the phase speeds which
976!-- are needed for radiation boundary conditions
977    IF ( bc_radiation_l )  THEN
978       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,1:2),                               &
979                 v_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1),                               &
980                 w_m_l(nzb:nzt+1,nysg:nyng,0:1) )
981    ENDIF
982    IF ( bc_radiation_r )  THEN
983       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
984                 v_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx),                           &
985                 w_m_r(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nx-1:nx) )
986    ENDIF
987    IF ( bc_radiation_l  .OR.  bc_radiation_r )  THEN
988       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nysg:nyng), c_v(nzb:nzt+1,nysg:nyng),           &
989                 c_w(nzb:nzt+1,nysg:nyng) )
990    ENDIF
991    IF ( bc_radiation_s )  THEN
992       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg),                               &
993                 v_m_s(nzb:nzt+1,1:2,nxlg:nxrg),                               &
994                 w_m_s(nzb:nzt+1,0:1,nxlg:nxrg) )
995    ENDIF
996    IF ( bc_radiation_n )  THEN
997       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
998                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg),                           &
999                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny,nxlg:nxrg) )
1000    ENDIF
1001    IF ( bc_radiation_s  .OR.  bc_radiation_n )  THEN
1002       ALLOCATE( c_u(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg), c_v(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg),           &
1003                 c_w(nzb:nzt+1,nxlg:nxrg) )
1004    ENDIF
1005    IF ( bc_radiation_l  .OR.  bc_radiation_r  .OR.  bc_radiation_s  .OR.      &
1006         bc_radiation_n )  THEN
1007       ALLOCATE( c_u_m_l(nzb:nzt+1), c_v_m_l(nzb:nzt+1), c_w_m_l(nzb:nzt+1) )                   
1008       ALLOCATE( c_u_m(nzb:nzt+1), c_v_m(nzb:nzt+1), c_w_m(nzb:nzt+1) )
1009    ENDIF
1010
1011!
1012!-- Initial assignment of the pointers
1013    IF ( .NOT. neutral )  THEN
1014       pt => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3
1015    ELSE
1016       pt => pt_1;  pt_p => pt_1;  tpt_m => pt_3
1017    ENDIF
1018    u  => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3
1019    v  => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3
1020    w  => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3
1021
1022    IF ( humidity )  THEN
1023       q => q_1;  q_p => q_2;  tq_m => q_3
1024       vpt  => vpt_1
1025       IF ( cloud_droplets )  THEN
1026          ql   => ql_1
1027          ql_c => ql_2
1028       ENDIF
1029    ENDIF
1030   
1031    IF ( passive_scalar )  THEN
1032       s => s_1;  s_p => s_2;  ts_m => s_3
1033    ENDIF   
1034
1035!
1036!-- Initialize arrays for turbulence closure
1037    CALL tcm_init_arrays
1038!
1039!-- Initialize surface arrays
1040    CALL init_surface_arrays
1041!
1042!-- Allocate arrays for other modules
1043    CALL module_interface_init_arrays
1044
1045
1046!
1047!-- Allocate arrays containing the RK coefficient for calculation of
1048!-- perturbation pressure and turbulent fluxes. At this point values are
1049!-- set for pressure calculation during initialization (where no timestep
1050!-- is done). Further below the values needed within the timestep scheme
1051!-- will be set.
1052    ALLOCATE( weight_substep(1:intermediate_timestep_count_max),               &
1053              weight_pres(1:intermediate_timestep_count_max) )
1054    weight_substep = 1.0_wp
1055    weight_pres    = 1.0_wp
1056    intermediate_timestep_count = 0  ! needed when simulated_time = 0.0
1057       
1058    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1059
1060!
1061!-- Initialize time series
1062    ts_value = 0.0_wp
1063
1064!
1065!-- Initialize local summation arrays for routine flow_statistics.
1066!-- This is necessary because they may not yet have been initialized when they
1067!-- are called from flow_statistics (or - depending on the chosen model run -
1068!-- are never initialized)
1069    sums_divnew_l      = 0.0_wp
1070    sums_divold_l      = 0.0_wp
1071    sums_l_l           = 0.0_wp
1072    sums_wsts_bc_l     = 0.0_wp
1073   
1074!
1075!-- Initialize model variables
1076    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
1077         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
1078!
1079!--    Initialization with provided input data derived from larger-scale model
1080       IF ( INDEX( initializing_actions, 'inifor' ) /= 0 )  THEN
1081          CALL location_message( 'initializing with INIFOR', .FALSE. )
1082!
1083!--       Read initial 1D profiles or 3D data from NetCDF file, depending
1084!--       on the provided level-of-detail.
1085!--       At the moment, only u, v, w, pt and q are provided.
1086          CALL netcdf_data_input_init_3d
1087!
1088!--       Please note, Inifor provides data from nzb+1 to nzt.
1089!--       Bottom and top boundary conditions for Inifor profiles are already
1090!--       set (just after reading), so that this is not necessary here.
1091!--       Depending on the provided level-of-detail, initial Inifor data is
1092!--       either stored on data type (lod=1), or directly on 3D arrays (lod=2).
1093!--       In order to obtain also initial profiles in case of lod=2 (which
1094!--       is required for e.g. damping), average over 3D data.
1095          IF( init_3d%lod_u == 1 )  THEN
1096             u_init = init_3d%u_init
1097          ELSEIF( init_3d%lod_u == 2 )  THEN
1098             ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1099             DO  k = nzb, nzt+1
1100                init_l(k) = SUM( u(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1101             ENDDO
1102             init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1103
1104#if defined( __parallel )
1105             CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, u_init, nzt+1-nzb+1,                  &
1106                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1107#else
1108             u_init = init_l
1109#endif
1110             DEALLOCATE( init_l )
1111
1112          ENDIF
1113           
1114          IF( init_3d%lod_v == 1 )  THEN 
1115             v_init = init_3d%v_init
1116          ELSEIF( init_3d%lod_v == 2 )  THEN
1117             ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1118             DO  k = nzb, nzt+1
1119                init_l(k) = SUM( v(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1120             ENDDO
1121             init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1122
1123#if defined( __parallel )
1124             CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, v_init, nzt+1-nzb+1,                  &
1125                                 MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1126#else
1127             v_init = init_l
1128#endif
1129             DEALLOCATE( init_l )
1130          ENDIF
1131          IF( .NOT. neutral )  THEN
1132             IF( init_3d%lod_pt == 1 )  THEN
1133                pt_init = init_3d%pt_init
1134             ELSEIF( init_3d%lod_pt == 2 )  THEN
1135                ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1136                DO  k = nzb, nzt+1
1137                   init_l(k) = SUM( pt(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1138                ENDDO
1139                init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1140
1141#if defined( __parallel )
1142                CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, pt_init, nzt+1-nzb+1,               &
1143                                    MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1144#else
1145                pt_init = init_l
1146#endif
1147                DEALLOCATE( init_l )
1148             ENDIF
1149          ENDIF
1150
1151
1152          IF( humidity )  THEN
1153             IF( init_3d%lod_q == 1 )  THEN
1154                q_init = init_3d%q_init
1155             ELSEIF( init_3d%lod_q == 2 )  THEN
1156                ALLOCATE( init_l(nzb:nzt+1) ) 
1157                DO  k = nzb, nzt+1
1158                   init_l(k) = SUM( q(k,nys:nyn,nxl:nxr) )
1159                ENDDO
1160                init_l = init_l / REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1 ), KIND = wp )
1161
1162#if defined( __parallel )
1163                CALL MPI_ALLREDUCE( init_l, q_init, nzt+1-nzb+1,               &
1164                                    MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1165#else
1166                q_init = init_l
1167#endif
1168                DEALLOCATE( init_l )
1169             ENDIF
1170          ENDIF
1171
1172!
1173!--       Write initial profiles onto 3D arrays. Note, only in case of lod = 1,
1174!--       for lod = 2 data is already on 3D arrays.   
1175          DO  i = nxlg, nxrg
1176             DO  j = nysg, nyng
1177                IF( init_3d%lod_u == 1 )  u(:,j,i) = u_init(:)
1178                IF( init_3d%lod_v == 1 )  v(:,j,i) = v_init(:)
1179                IF( .NOT. neutral  .AND.  init_3d%lod_pt == 1 )                &
1180                   pt(:,j,i) = pt_init(:)
1181                IF( humidity  .AND.  init_3d%lod_q == 1 )  q(:,j,i) = q_init(:)
1182             ENDDO
1183          ENDDO
1184!
1185!--       Exchange ghost points in case of level-of-detail = 2
1186          IF( init_3d%lod_u == 2 )   CALL exchange_horiz( u, nbgp )
1187          IF( init_3d%lod_v == 2 )   CALL exchange_horiz( v, nbgp )
1188          IF( init_3d%lod_w == 2 )   CALL exchange_horiz( w, nbgp )
1189          IF( .NOT. neutral  .AND.  init_3d%lod_pt == 2 )                      &
1190             CALL exchange_horiz( pt, nbgp )
1191          IF( humidity  .AND.  init_3d%lod_q == 2 )                            &
1192             CALL exchange_horiz( q, nbgp )
1193!
1194!--       Set geostrophic wind components. 
1195          IF ( init_3d%from_file_ug )  THEN
1196             ug(:) = init_3d%ug_init(:)
1197          ENDIF
1198          IF ( init_3d%from_file_vg )  THEN
1199             vg(:) = init_3d%vg_init(:)
1200          ENDIF
1201!
1202!--       Set bottom and top boundary condition for geostrophic wind
1203          ug(nzt+1) = ug(nzt)
1204          vg(nzt+1) = vg(nzt)
1205          ug(nzb)   = ug(nzb+1)
1206          vg(nzb)   = vg(nzb+1)
1207!
1208!--       Set inital w to 0
1209          w = 0.0_wp
1210
1211          IF ( passive_scalar )  THEN
1212             DO  i = nxlg, nxrg
1213                DO  j = nysg, nyng
1214                   s(:,j,i) = s_init
1215                ENDDO
1216             ENDDO
1217          ENDIF
1218
1219!
1220!--       Set velocity components at non-atmospheric / oceanic grid points to
1221!--       zero.
1222          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1223          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1224          w = MERGE( w, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 3 ) )
1225!
1226!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1227!--       fluxes, etc.
1228          CALL init_surfaces
1229!
1230!--       Initialize turbulence generator
1231          IF( use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1232
1233          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1234!
1235!--    Initialization via computed 1D-model profiles
1236       ELSEIF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
1237
1238          CALL location_message( 'initializing with 1D model profiles', .FALSE. )
1239!
1240!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
1241!--       start 1D model
1242          CALL init_1d_model
1243!
1244!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
1245          DO  i = nxlg, nxrg
1246             DO  j = nysg, nyng
1247                pt(:,j,i) = pt_init
1248                u(:,j,i)  = u1d
1249                v(:,j,i)  = v1d
1250             ENDDO
1251          ENDDO
1252
1253          IF ( humidity )  THEN
1254             DO  i = nxlg, nxrg
1255                DO  j = nysg, nyng
1256                   q(:,j,i) = q_init
1257                ENDDO
1258             ENDDO
1259          ENDIF
1260
1261          IF ( passive_scalar )  THEN
1262             DO  i = nxlg, nxrg
1263                DO  j = nysg, nyng
1264                   s(:,j,i) = s_init
1265                ENDDO
1266             ENDDO   
1267          ENDIF
1268!
1269!--          Store initial profiles for output purposes etc.
1270          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1271             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
1272          ENDIF
1273!
1274!--       Set velocities back to zero
1275          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1276          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )         
1277!
1278!--       WARNING: The extra boundary conditions set after running the
1279!--       -------  1D model impose an error on the divergence one layer
1280!--                below the topography; need to correct later
1281!--       ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
1282!--       ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
1283!--                  the topography.
1284          IF ( ibc_uv_b == 1 )  THEN
1285!
1286!--          Neumann condition
1287             DO  i = nxl-1, nxr+1
1288                DO  j = nys-1, nyn+1
1289                   u(nzb,j,i) = u(nzb+1,j,i)
1290                   v(nzb,j,i) = v(nzb+1,j,i)
1291                ENDDO
1292             ENDDO
1293
1294          ENDIF
1295!
1296!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1297!--       fluxes, etc.
1298          CALL init_surfaces
1299!
1300!--       Initialize synthetic turbulence generator if required
1301          IF( use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1302
1303          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1304
1305       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )    &
1306       THEN
1307
1308          CALL location_message( 'initializing with constant profiles', .FALSE. )
1309
1310!
1311!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
1312!--       temperature profile with constant gradient)
1313          DO  i = nxlg, nxrg
1314             DO  j = nysg, nyng
1315                pt(:,j,i) = pt_init
1316                u(:,j,i)  = u_init
1317                v(:,j,i)  = v_init
1318             ENDDO
1319          ENDDO
1320!
1321!--       Mask topography
1322          u = MERGE( u, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 1 ) )
1323          v = MERGE( v, 0.0_wp, BTEST( wall_flags_0, 2 ) )
1324!
1325!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid
1326!--       levels to zero in order to avoid too small time steps caused by the
1327!--       diffusion limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs
1328!--       in the limiting formula!).
1329!--       Please note, in case land- or urban-surface model is used and a
1330!--       spinup is applied, masking the lowest computational level is not
1331!--       possible as MOST as well as energy-balance parametrizations will not
1332!--       work with zero wind velocity.
1333          IF ( ibc_uv_b /= 1  .AND.  .NOT.  spinup )  THEN
1334             DO  i = nxlg, nxrg
1335                DO  j = nysg, nyng
1336                   DO  k = nzb, nzt
1337                      u(k,j,i) = MERGE( u(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1338                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 20 ) )
1339                      v(k,j,i) = MERGE( v(k,j,i), 0.0_wp,                      &
1340                                        BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 21 ) )
1341                   ENDDO
1342                ENDDO
1343             ENDDO
1344          ENDIF
1345
1346          IF ( humidity )  THEN
1347             DO  i = nxlg, nxrg
1348                DO  j = nysg, nyng
1349                   q(:,j,i) = q_init
1350                ENDDO
1351             ENDDO
1352          ENDIF
1353         
1354          IF ( passive_scalar )  THEN
1355             DO  i = nxlg, nxrg
1356                DO  j = nysg, nyng
1357                   s(:,j,i) = s_init
1358                ENDDO
1359             ENDDO
1360          ENDIF
1361
1362!
1363!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
1364!--       of a sloping surface
1365          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
1366!
1367!--       Initialize surface variables, e.g. friction velocity, momentum
1368!--       fluxes, etc.
1369          CALL init_surfaces
1370!
1371!--       Initialize synthetic turbulence generator if required
1372          IF( use_syn_turb_gen )  CALL stg_init
1373         
1374          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1375
1376       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 )                  &
1377       THEN
1378
1379          CALL location_message( 'initializing by user', .FALSE. )
1380!
1381!--       Pre-initialize surface variables, i.e. setting start- and end-indices
1382!--       at each (j,i)-location. Please note, this does not supersede
1383!--       user-defined initialization of surface quantities.
1384          CALL init_surfaces
1385!
1386!--       Initialization will completely be done by the user
1387          CALL user_init_3d_model
1388
1389          CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1390
1391       ENDIF
1392
1393       CALL location_message( 'initializing statistics, boundary conditions, etc.', &
1394                              .FALSE. )
1395
1396!
1397!--    Bottom boundary
1398       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2  )  THEN
1399          u(nzb,:,:) = 0.0_wp
1400          v(nzb,:,:) = 0.0_wp
1401       ENDIF
1402
1403!
1404!--    Apply channel flow boundary condition
1405       IF ( TRIM( bc_uv_t ) == 'dirichlet_0' )  THEN
1406          u(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1407          v(nzt+1,:,:) = 0.0_wp
1408       ENDIF
1409
1410!
1411!--    Calculate virtual potential temperature
1412       IF ( humidity )  vpt = pt * ( 1.0_wp + 0.61_wp * q )
1413
1414!
1415!--    Store initial profiles for output purposes etc.. Please note, in case of
1416!--    initialization of u, v, w, pt, and q via output data derived from larger
1417!--    scale models, data will not be horizontally homogeneous. Actually, a mean
1418!--    profile should be calculated before.   
1419       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1420       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1421       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2)  THEN
1422          hom(nzb,1,5,:) = 0.0_wp
1423          hom(nzb,1,6,:) = 0.0_wp
1424       ENDIF
1425       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1426
1427       IF ( humidity )  THEN
1428!
1429!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
1430!--       temperature
1431          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1432          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1433!
1434!--       Store initial profile of mixing ratio and potential
1435!--       temperature
1436          IF ( bulk_cloud_model  .OR.  cloud_droplets ) THEN
1437             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1438             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1439          ENDIF
1440       ENDIF
1441
1442!
1443!--    Store initial scalar profile
1444       IF ( passive_scalar )  THEN
1445          hom(:,1,121,:) = SPREAD(  s(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
1446       ENDIF
1447
1448!
1449!--    Initialize the random number generators (from numerical recipes)
1450       CALL random_function_ini
1451       
1452       IF ( random_generator == 'random-parallel' )  THEN
1453          CALL init_parallel_random_generator( nx, nys, nyn, nxl, nxr )
1454       ENDIF
1455!
1456!--    Set the reference state to be used in the buoyancy terms (for ocean runs
1457!--    the reference state will be set (overwritten) in init_ocean)
1458       IF ( use_single_reference_value )  THEN
1459          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1460             ref_state(:) = pt_reference
1461          ELSE
1462             ref_state(:) = vpt_reference
1463          ENDIF
1464       ELSE
1465          IF (  .NOT.  humidity )  THEN
1466             ref_state(:) = pt_init(:)
1467          ELSE
1468             ref_state(:) = vpt(:,nys,nxl)
1469          ENDIF
1470       ENDIF
1471
1472!
1473!--    For the moment, vertical velocity is zero
1474       w = 0.0_wp
1475
1476!
1477!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
1478       sums = 0.0_wp
1479
1480!
1481!--    In case of iterative solvers, p must get an initial value
1482       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid'  .OR.  psolver == 'sor' )  p = 0.0_wp
1483!
1484!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
1485       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
1486          CALL init_rankine
1487       ENDIF
1488
1489!
1490!--    Impose temperature anomaly (advection test only) or warm air bubble
1491!--    close to surface
1492       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0  .OR.  &
1493            INDEX( initializing_actions, 'initialize_bubble' ) /= 0  )  THEN
1494          CALL init_pt_anomaly
1495       ENDIF
1496       
1497!
1498!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
1499       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0_wp )  THEN
1500          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
1501       ENDIF
1502
1503!
1504!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
1505!--    run
1506       IF ( humidity  .AND.  q_surface_initial_change /= 0.0_wp )              &
1507          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
1508         
1509       IF ( passive_scalar .AND.  s_surface_initial_change /= 0.0_wp )         &
1510          s(nzb,:,:) = s(nzb,:,:) + s_surface_initial_change
1511       
1512
1513!
1514!--    Initialize old and new time levels.
1515       tpt_m = 0.0_wp; tu_m = 0.0_wp; tv_m = 0.0_wp; tw_m = 0.0_wp
1516       pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
1517
1518       IF ( humidity  )  THEN
1519          tq_m = 0.0_wp
1520          q_p = q
1521       ENDIF
1522       
1523       IF ( passive_scalar )  THEN
1524          ts_m = 0.0_wp
1525          s_p  = s
1526       ENDIF       
1527
1528       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1529
1530    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  .OR.         &
1531             TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                   &
1532    THEN
1533
1534       CALL location_message( 'initializing in case of restart / cyclic_fill', &
1535                              .FALSE. )
1536!
1537!--    Initialize surface elements and its attributes, e.g. heat- and
1538!--    momentumfluxes, roughness, scaling parameters. As number of surface
1539!--    elements might be different between runs, e.g. in case of cyclic fill,
1540!--    and not all surface elements are read, surface elements need to be
1541!--    initialized before.
1542!--    Please note, in case of cyclic fill, surfaces should be initialized
1543!--    after restart data is read, else, individual settings of surface
1544!--    parameters will be overwritten from data of precursor run, hence,
1545!--    init_surfaces is called a second time after reading the restart data.
1546       CALL init_surfaces                       
1547!
1548!--    When reading data for cyclic fill of 3D prerun data files, read
1549!--    some of the global variables from the restart file which are required
1550!--    for initializing the inflow
1551       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )  THEN
1552
1553          DO  i = 0, io_blocks-1
1554             IF ( i == io_group )  THEN
1555                CALL rrd_read_parts_of_global
1556             ENDIF
1557#if defined( __parallel )
1558             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1559#endif
1560          ENDDO
1561
1562       ENDIF
1563
1564!
1565!--    Read processor specific binary data from restart file
1566       DO  i = 0, io_blocks-1
1567          IF ( i == io_group )  THEN
1568             CALL rrd_local
1569          ENDIF
1570#if defined( __parallel )
1571          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1572#endif
1573       ENDDO
1574!
1575!--    In case of cyclic fill, call init_surfaces a second time, so that
1576!--    surface properties such as heat fluxes are initialized as prescribed.
1577       IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'cyclic_fill' )                    &
1578          CALL init_surfaces
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!-- To do: New concept for these non-topography grid points!
2045    DO  sr = 0, statistic_regions
2046       DO  i = nxl, nxr
2047          DO  j = nys, nyn
2048             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0_wp )  THEN
2049!
2050!--             All xy-grid points
2051                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
2052!
2053!--             Determine mean surface-level height. In case of downward-
2054!--             facing walls are present, more than one surface level exist.
2055!--             In this case, use the lowest surface-level height.
2056                IF ( surf_def_h(0)%start_index(j,i) <=                         &
2057                     surf_def_h(0)%end_index(j,i) )  THEN
2058                   m = surf_def_h(0)%start_index(j,i)
2059                   k = surf_def_h(0)%k(m)
2060                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2061                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2062                ENDIF
2063                IF ( surf_lsm_h%start_index(j,i) <=                            &
2064                     surf_lsm_h%end_index(j,i) )  THEN
2065                   m = surf_lsm_h%start_index(j,i)
2066                   k = surf_lsm_h%k(m)
2067                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2068                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2069                ENDIF
2070                IF ( surf_usm_h%start_index(j,i) <=                            &
2071                     surf_usm_h%end_index(j,i) )  THEN
2072                   m = surf_usm_h%start_index(j,i)
2073                   k = surf_usm_h%k(m)
2074                   mean_surface_level_height_l(sr) =                           &
2075                                       mean_surface_level_height_l(sr) + zw(k-1)
2076                ENDIF
2077
2078                k_surf = k - 1
2079
2080                DO  k = nzb, nzt+1
2081!
2082!--                xy-grid points above topography
2083                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr)     +         &
2084                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 24 ) )
2085
2086                   ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) = ngp_2dh_s_inner_l(k,sr) +         &
2087                                  MERGE( 1, 0, BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 22 ) )
2088
2089                ENDDO
2090!
2091!--             All grid points of the total domain above topography
2092                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + ( nz - k_surf + 2 )
2093
2094
2095
2096             ENDIF
2097          ENDDO
2098       ENDDO
2099    ENDDO
2100!
2101!-- Initialize arrays encompassing number of grid-points in inner and outer
2102!-- domains, statistic regions, etc. Mainly used for horizontal averaging
2103!-- of turbulence statistics. Please note, user_init must be called before
2104!-- doing this.   
2105    sr = statistic_regions + 1
2106#if defined( __parallel )
2107    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2108    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,    &
2109                        comm2d, ierr )
2110    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2111    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr,   &
2112                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2113    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2114    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_s_inner_l(0,0), ngp_2dh_s_inner(0,0),          &
2115                        (nz+2)*sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
2116    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2117    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner_tmp(0), sr, MPI_REAL,  &
2118                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2119    ngp_3d_inner = INT( ngp_3d_inner_tmp, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2120    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2121    CALL MPI_ALLREDUCE( mean_surface_level_height_l(0),                        &
2122                        mean_surface_level_height(0), sr, MPI_REAL,            &
2123                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
2124    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height / REAL( ngp_2dh )
2125#else
2126    ngp_2dh         = ngp_2dh_l
2127    ngp_2dh_outer   = ngp_2dh_outer_l
2128    ngp_2dh_s_inner = ngp_2dh_s_inner_l
2129    ngp_3d_inner    = INT( ngp_3d_inner_l, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2130    mean_surface_level_height = mean_surface_level_height_l / REAL( ngp_2dh_l )
2131#endif
2132
2133    ngp_3d = INT ( ngp_2dh, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) ) * &
2134             INT ( (nz + 2 ), KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 ) )
2135
2136!
2137!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
2138!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
2139!-- the respective subdomain lie below the surface topography
2140    ngp_2dh_outer   = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:)   ) 
2141    ngp_3d_inner    = MAX( INT(1, KIND = SELECTED_INT_KIND( 18 )),             &
2142                           ngp_3d_inner(:) )
2143    ngp_2dh_s_inner = MAX( 1, ngp_2dh_s_inner(:,:) ) 
2144
2145    DEALLOCATE( mean_surface_level_height_l, ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l,       &
2146                ngp_3d_inner_l, ngp_3d_inner_tmp )
2147!
2148!-- Initialize surface forcing corresponding to large-scale forcing. Therein,
2149!-- initialize heat-fluxes, etc. via datatype. Revise it later!
2150    IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
2151       IF ( use_surface_fluxes  .AND.  constant_heatflux )  THEN
2152          CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
2153       ENDIF
2154    ENDIF
2155!
2156!-- Initializae 3D offline nesting in COSMO model and read data from
2157!-- external NetCDF file.
2158    IF ( nesting_offline )  CALL nesting_offl_init
2159!
2160!-- Initialize quantities for special advections schemes
2161    CALL init_advec
2162
2163!
2164!-- Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
2165!-- remove the divergences from the velocity field at the initial stage
2166    IF ( create_disturbances  .AND.  disturbance_energy_limit /= 0.0_wp  .AND. &
2167         TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data'  .AND.            &
2168         TRIM( initializing_actions ) /= 'cyclic_fill' )  THEN
2169
2170       CALL location_message( 'creating initial disturbances', .FALSE. )
2171       CALL disturb_field( 'u', tend, u )
2172       CALL disturb_field( 'v', tend, v )
2173       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2174
2175       CALL location_message( 'calling pressure solver', .FALSE. )
2176       n_sor = nsor_ini
2177       CALL pres
2178       n_sor = nsor
2179       CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
2180
2181    ENDIF
2182
2183!
2184!-- If required, initialize dvrp-software
2185    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9_wp )  CALL init_dvrp
2186
2187!
2188!-- Initialize quantities for handling cloud physics.
2189!-- This routine must be called before lpm_init, becaus otherwise,
2190!-- array d_exner, needed in data_output_dvrp (called by lpm_init) is not defined.
2191    IF ( .NOT. ocean_mode )  THEN
2192
2193       ALLOCATE( hyp(nzb:nzt+1) )
2194       ALLOCATE( d_exner(nzb:nzt+1) )
2195       ALLOCATE( exner(nzb:nzt+1) )
2196       ALLOCATE( hyrho(nzb:nzt+1) )
2197!
2198!--    Check temperature in case of too large domain height
2199       DO  k = nzb, nzt+1
2200          IF ( ( pt_surface * exner_function(surface_pressure * 100.0_wp) - g/c_p * zu(k) ) < 0.0_wp )  THEN
2201             WRITE( message_string, * )  'absolute temperature < 0.0 at zu(', k, &
2202                                         ') = ', zu(k)
2203             CALL message( 'init_3d_model', 'PA0142', 1, 2, 0, 6, 0 )
2204          ENDIF
2205       ENDDO
2206
2207!
2208!--    Calculate vertical profile of the hydrostatic pressure (hyp)
2209       hyp    = barometric_formula(zu, pt_surface * exner_function(surface_pressure * 100.0_wp), surface_pressure * 100.0_wp)
2210       d_exner = exner_function_invers(hyp)
2211       exner = 1.0_wp / exner_function_invers(hyp)
2212       hyrho  = ideal_gas_law_rho_pt(hyp, pt_init)
2213!
2214!--    Compute reference density
2215       rho_surface = ideal_gas_law_rho(surface_pressure * 100.0_wp, pt_surface * exner_function(surface_pressure * 100.0_wp))
2216
2217    ENDIF
2218
2219!
2220!-- If required, initialize particles
2221    IF ( particle_advection )  CALL lpm_init
2222!
2223!-- If required, initialize particles
2224    IF ( agents_active )  CALL mas_init
2225!
2226!-- In case the synthetic turbulence generator does not have any information
2227!-- about the inflow turbulence, these information will be parametrized
2228!-- depending on the initial atmospheric conditions and surface properties.
2229!-- Please note, within pre-determined time intervals these turbulence
2230!-- information can be updated if desired.
2231    IF ( use_syn_turb_gen  .AND.  parametrize_inflow_turbulence )  THEN
2232       CALL stg_adjust
2233    ENDIF
2234!
2235!-- Initializing actions for all other modules
2236    CALL module_interface_init
2237!
2238!-- Initialize surface layer (done after LSM as roughness length are required
2239!-- for initialization
2240    IF ( constant_flux_layer )  CALL init_surface_layer_fluxes
2241!
2242!-- Initialize surface data output
2243    IF ( surface_output )  CALL surface_data_output_init
2244!
2245!-- Initialize the ws-scheme.   
2246    IF ( ws_scheme_sca .OR. ws_scheme_mom )  CALL ws_init
2247
2248!
2249!-- Setting weighting factors for calculation of perturbation pressure
2250!-- and turbulent quantities from the RK substeps
2251    IF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-3' )  THEN      ! for RK3-method
2252
2253       weight_substep(1) = 1._wp/6._wp
2254       weight_substep(2) = 3._wp/10._wp
2255       weight_substep(3) = 8._wp/15._wp
2256
2257       weight_pres(1)    = 1._wp/3._wp
2258       weight_pres(2)    = 5._wp/12._wp
2259       weight_pres(3)    = 1._wp/4._wp
2260
2261    ELSEIF ( TRIM(timestep_scheme) == 'runge-kutta-2' )  THEN  ! for RK2-method
2262
2263       weight_substep(1) = 1._wp/2._wp
2264       weight_substep(2) = 1._wp/2._wp
2265         
2266       weight_pres(1)    = 1._wp/2._wp
2267       weight_pres(2)    = 1._wp/2._wp       
2268
2269    ELSE                                     ! for Euler-method
2270
2271       weight_substep(1) = 1.0_wp     
2272       weight_pres(1)    = 1.0_wp                   
2273
2274    ENDIF
2275
2276!
2277!-- Initialize Rayleigh damping factors
2278    rdf    = 0.0_wp
2279    rdf_sc = 0.0_wp
2280    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0_wp )  THEN
2281
2282       IF (  .NOT.  ocean_mode )  THEN
2283          DO  k = nzb+1, nzt
2284             IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
2285                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2286                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( zu(k) - rayleigh_damping_height ) &
2287                             / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )         &
2288                      )**2
2289             ENDIF
2290          ENDDO
2291       ELSE
2292!
2293!--       In ocean mode, rayleigh damping is applied in the lower part of the
2294!--       model domain
2295          DO  k = nzt, nzb+1, -1
2296             IF ( zu(k) <= rayleigh_damping_height )  THEN
2297                rdf(k) = rayleigh_damping_factor *                             &
2298                      ( SIN( pi * 0.5_wp * ( rayleigh_damping_height - zu(k) ) &
2299                             / ( rayleigh_damping_height - zu(nzb+1) ) )       &
2300                      )**2
2301             ENDIF
2302          ENDDO
2303       ENDIF
2304
2305    ENDIF
2306    IF ( scalar_rayleigh_damping )  rdf_sc = rdf
2307
2308!
2309!-- Initialize the starting level and the vertical smoothing factor used for
2310!-- the external pressure gradient
2311    dp_smooth_factor = 1.0_wp
2312    IF ( dp_external )  THEN
2313!
2314!--    Set the starting level dp_level_ind_b only if it has not been set before
2315!--    (e.g. in init_grid).
2316       IF ( dp_level_ind_b == 0 )  THEN
2317          ind_array = MINLOC( ABS( dp_level_b - zu ) )
2318          dp_level_ind_b = ind_array(1) - 1 + nzb
2319                                        ! MINLOC uses lower array bound 1
2320       ENDIF
2321       IF ( dp_smooth )  THEN
2322          dp_smooth_factor(:dp_level_ind_b) = 0.0_wp
2323          DO  k = dp_level_ind_b+1, nzt
2324             dp_smooth_factor(k) = 0.5_wp * ( 1.0_wp + SIN( pi *               &
2325                        ( REAL( k - dp_level_ind_b, KIND=wp ) /                &
2326                          REAL( nzt - dp_level_ind_b, KIND=wp ) - 0.5_wp ) ) )
2327          ENDDO
2328       ENDIF
2329    ENDIF
2330
2331!
2332!-- Initialize damping zone for the potential temperature in case of
2333!-- non-cyclic lateral boundaries. The damping zone has the maximum value
2334!-- at the inflow boundary and decreases to zero at pt_damping_width.
2335    ptdf_x = 0.0_wp
2336    ptdf_y = 0.0_wp
2337    IF ( bc_lr_dirrad )  THEN
2338       DO  i = nxl, nxr
2339          IF ( ( i * dx ) < pt_damping_width )  THEN
2340             ptdf_x(i) = pt_damping_factor * ( SIN( pi * 0.5_wp *              &
2341                            REAL( pt_damping_width - i * dx, KIND=wp ) / (     &
2342                            REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) ) ) )**2 
2343          ENDIF
2344       ENDDO
2345    ELSEIF ( bc_lr_raddir )  THEN
2346       DO  i = nxl, nxr
2347          IF ( ( i * dx ) > ( nx * dx - pt_damping_width ) )  THEN
2348             ptdf_x(i) = pt_damping_factor *                                   &
2349                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2350                                 ( ( i - nx ) * dx + pt_damping_width ) /      &
2351                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2352          ENDIF
2353       ENDDO
2354    ELSEIF ( bc_ns_dirrad )  THEN
2355       DO  j = nys, nyn
2356          IF ( ( j * dy ) > ( ny * dy - pt_damping_width ) )  THEN
2357             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2358                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2359                                 ( ( j - ny ) * dy + pt_damping_width ) /      &
2360                                 REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2361          ENDIF
2362       ENDDO
2363    ELSEIF ( bc_ns_raddir )  THEN
2364       DO  j = nys, nyn
2365          IF ( ( j * dy ) < pt_damping_width )  THEN
2366             ptdf_y(j) = pt_damping_factor *                                   &
2367                         SIN( pi * 0.5_wp *                                    &
2368                                ( pt_damping_width - j * dy ) /                &
2369                                REAL( pt_damping_width, KIND=wp ) )**2
2370          ENDIF
2371       ENDDO
2372    ENDIF
2373
2374!
2375!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
2376!-- after call of user_init!
2377    CALL close_file( 13 )
2378!
2379!-- In case of nesting, put an barrier to assure that all parent and child
2380!-- domains finished initialization.
2381#if defined( __parallel )
2382    IF ( nested_run )  CALL MPI_BARRIER( MPI_COMM_WORLD, ierr )
2383#endif
2384
2385
2386    CALL location_message( 'leaving init_3d_model', .TRUE. )
2387
2388 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.