source: palm/trunk/SOURCE/init_3d_model.f90 @ 90

Last change on this file since 90 was 90, checked in by raasch, 16 years ago

New:
---
Calculation and output of user-defined profiles. New &userpar parameters data_output_pr_user and max_pr_user.

check_parameters, flow_statistics, modules, parin, read_var_list, user_interface, write_var_list

Changed:


Division through dt_3d replaced by multiplication of the inverse. For performance optimisation, this is done in the loop calculating the divergence instead of using a seperate loop. (pres.f90) var_hom and var_sum renamed pr_palm.

data_output_profiles, flow_statistics, init_3d_model, modules, parin, pres, read_var_list, run_control, time_integration

Errors:


Bugfix: work_fft*_vec removed from some PRIVATE-declarations (poisfft).

Bugfix: field_chr renamed field_char (user_interface).

Bugfix: output of use_upstream_for_tke (header).

header, poisfft, user_interface

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 33.5 KB
Line 
1#if defined( __ibmy_special )
2@PROCESS NOOPTimize
3#endif
4 SUBROUTINE init_3d_model
5
6!------------------------------------------------------------------------------!
7! Actual revisions:
8! -----------------
9!
10!
11! Former revisions:
12! -----------------
13! $Id: init_3d_model.f90 90 2007-05-30 09:18:47Z raasch $
14!
15! 87 2007-05-22 15:46:47Z raasch
16! var_hom and var_sum renamed pr_palm
17!
18! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
19! Arrays for radiation boundary conditions are allocated (u_m_l, u_m_r, etc.),
20! bugfix for cases with the outflow damping layer extending over more than one
21! subdomain, moisture renamed humidity,
22! new initializing action "by_user" calls user_init_3d_model,
23! precipitation_amount/rate, ts_value are allocated, +module netcdf_control,
24! initial velocities at nzb+1 are regarded for volume
25! flow control in case they have been set zero before (to avoid small timesteps)
26! -uvmean_outflow, uxrp, vynp eliminated
27!
28! 19 2007-02-23 04:53:48Z raasch
29! +handling of top fluxes
30!
31! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
32!
33! Revision 1.49  2006/08/22 15:59:07  raasch
34! No optimization of this file on the ibmy (Yonsei Univ.)
35!
36! Revision 1.1  1998/03/09 16:22:22  raasch
37! Initial revision
38!
39!
40! Description:
41! ------------
42! Allocation of arrays and initialization of the 3D model via
43! a) pre-run the 1D model
44! or
45! b) pre-set constant linear profiles
46! or
47! c) read values of a previous run
48!------------------------------------------------------------------------------!
49
50    USE arrays_3d
51    USE averaging
52    USE cloud_parameters
53    USE constants
54    USE control_parameters
55    USE cpulog
56    USE indices
57    USE interfaces
58    USE model_1d
59    USE netcdf_control
60    USE particle_attributes
61    USE pegrid
62    USE profil_parameter
63    USE random_function_mod
64    USE statistics
65
66    IMPLICIT NONE
67
68    INTEGER ::  i, j, k, sr
69
70    INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_l, ngp_3d_inner_l
71
72    INTEGER, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ngp_2dh_outer_l
73
74    REAL, DIMENSION(1:2) ::  volume_flow_area_l, volume_flow_initial_l
75
76
77!
78!-- Allocate arrays
79    ALLOCATE( ngp_2dh(0:statistic_regions), ngp_2dh_l(0:statistic_regions), &
80              ngp_3d(0:statistic_regions),                                  &
81              ngp_3d_inner(0:statistic_regions),                            &
82              ngp_3d_inner_l(0:statistic_regions),                          &
83              sums_divnew_l(0:statistic_regions),                           &
84              sums_divold_l(0:statistic_regions) )
85    ALLOCATE( rdf(nzb+1:nzt) )
86    ALLOCATE( hom_sum(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:statistic_regions),   &
87              ngp_2dh_outer(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                 &
88              ngp_2dh_outer_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),               &
89              rmask(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,0:statistic_regions),           &
90              sums(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user),                          &
91              sums_l(nzb:nzt+1,pr_palm+max_pr_user,0:threads_per_task-1),   &
92              sums_l_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions,0:threads_per_task-1), &
93              sums_up_fraction_l(10,3,0:statistic_regions),                 &
94              sums_wsts_bc_l(nzb:nzt+1,0:statistic_regions),                &
95              ts_value(var_ts,0:statistic_regions) )
96    ALLOCATE( km_damp_x(nxl-1:nxr+1), km_damp_y(nys-1:nyn+1) )
97
98    ALLOCATE( rif_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), shf_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
99              ts(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), tswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
100              us(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), usws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
101              vsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), z0(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
102
103    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
104!
105!--    Leapfrog scheme needs two timelevels of diffusion quantities
106       ALLOCATE( rif_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
107                 shf_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),   &
108                 tswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
109                 usws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
110                 vsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
111    ENDIF
112
113    ALLOCATE( d(nzb+1:nzta,nys:nyna,nxl:nxra),         &
114              e_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
115              e_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
116              e_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
117              kh_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
118              km_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
119              p(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),    &
120              pt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
121              pt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
122              pt_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
123              tend(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
124              u_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
125              u_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
126              u_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
127              v_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
128              v_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
129              v_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
130              w_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
131              w_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),  &
132              w_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
133
134    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
135       ALLOCATE( kh_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
136                 km_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
137    ENDIF
138
139    IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) THEN
140!
141!--    2D-humidity/scalar arrays
142       ALLOCATE ( qs(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1),     &
143                  qsws_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
144                  qswst_1(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
145
146       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
147          ALLOCATE( qsws_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
148                    qswst_2(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
149       ENDIF
150!
151!--    3D-humidity/scalar arrays
152       ALLOCATE( q_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
153                 q_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
154                 q_3(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
155
156!
157!--    3D-arrays needed for humidity only
158       IF ( humidity )  THEN
159          ALLOCATE( vpt_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
160
161          IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
162             ALLOCATE( vpt_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
163          ENDIF
164
165          IF ( cloud_physics ) THEN
166!
167!--          Liquid water content
168             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
169!
170!--          Precipitation amount and rate (only needed if output is switched)
171             ALLOCATE( precipitation_amount(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
172                       precipitation_rate(nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
173          ENDIF
174
175          IF ( cloud_droplets )  THEN
176!
177!--          Liquid water content, change in liquid water content,
178!--          real volume of particles (with weighting), volume of particles
179             ALLOCATE ( ql_1(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
180                        ql_2(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
181                        ql_v(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1), &
182                        ql_vp(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
183          ENDIF
184
185       ENDIF
186
187    ENDIF
188
189!
190!-- 3D-array for storing the dissipation, needed for calculating the sgs
191!-- particle velocities
192    IF ( use_sgs_for_particles )  THEN
193       ALLOCATE ( diss(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1) )
194    ENDIF
195
196    IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
197       ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ), &
198                 spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
199    ENDIF
200
201!
202!-- 4D-array for storing the Rif-values at vertical walls
203    IF ( topography /= 'flat' )  THEN
204       ALLOCATE( rif_wall(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nxl-1:nxr+1,1:4) )
205       rif_wall = 0.0
206    ENDIF
207
208!
209!-- Velocities at nzb+1 needed for volume flow control
210    IF ( conserve_volume_flow )  THEN
211       ALLOCATE( u_nzb_p1_for_vfc(nys:nyn), v_nzb_p1_for_vfc(nxl:nxr) )
212       u_nzb_p1_for_vfc = 0.0
213       v_nzb_p1_for_vfc = 0.0
214    ENDIF
215
216!
217!-- Arrays to store velocity data from t-dt needed for radiation boundary
218!-- conditions
219    IF ( outflow_l )  THEN
220       ALLOCATE( u_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,-1:1), &
221                 v_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,-1:1), &
222                 w_m_l(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,-1:1) )
223    ENDIF
224    IF ( outflow_r )  THEN
225       ALLOCATE( u_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx+1), &
226                 v_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx+1), &
227                 w_m_r(nzb:nzt+1,nys-1:nyn+1,nx-1:nx+1) )
228    ENDIF
229    IF ( outflow_s )  THEN
230       ALLOCATE( u_m_s(nzb:nzt+1,-1:1,nxl-1:nxr+1), &
231                 v_m_s(nzb:nzt+1,-1:1,nxl-1:nxr+1), &
232                 w_m_s(nzb:nzt+1,-1:1,nxl-1:nxr+1) )
233    ENDIF
234    IF ( outflow_n )  THEN
235       ALLOCATE( u_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny+1,nxl-1:nxr+1), &
236                 v_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny+1,nxl-1:nxr+1), &
237                 w_m_n(nzb:nzt+1,ny-1:ny+1,nxl-1:nxr+1) )
238    ENDIF
239
240!
241!-- Initial assignment of the pointers
242    IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
243
244       rif_m   => rif_1;    rif   => rif_2
245       shf_m   => shf_1;    shf   => shf_2
246       tswst_m => tswst_1;  tswst => tswst_2
247       usws_m  => usws_1;   usws  => usws_2
248       vsws_m  => vsws_1;   vsws  => vsws_2
249       e_m  => e_1;   e  => e_2;   e_p  => e_3;   te_m  => e_3
250       kh_m => kh_1;  kh => kh_2
251       km_m => km_1;  km => km_2
252       pt_m => pt_1;  pt => pt_2;  pt_p => pt_3;  tpt_m => pt_3
253       u_m  => u_1;   u  => u_2;   u_p  => u_3;   tu_m  => u_3
254       v_m  => v_1;   v  => v_2;   v_p  => v_3;   tv_m  => v_3
255       w_m  => w_1;   w  => w_2;   w_p  => w_3;   tw_m  => w_3
256
257       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
258          qsws_m  => qsws_1;   qsws  => qsws_2
259          qswst_m => qswst_1;  qswst => qswst_2
260          q_m    => q_1;     q    => q_2;     q_p => q_3;     tq_m => q_3
261          IF ( humidity )        vpt_m  => vpt_1;   vpt  => vpt_2
262          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
263          IF ( cloud_droplets )  THEN
264             ql   => ql_1
265             ql_c => ql_2
266          ENDIF
267       ENDIF
268
269    ELSE
270
271       rif   => rif_1
272       shf   => shf_1
273       tswst => tswst_1
274       usws  => usws_1
275       vsws  => vsws_1
276       e     => e_1;   e_p  => e_2;   te_m  => e_3;   e_m  => e_3
277       kh    => kh_1
278       km    => km_1
279       pt    => pt_1;  pt_p => pt_2;  tpt_m => pt_3;  pt_m => pt_3
280       u     => u_1;   u_p  => u_2;   tu_m  => u_3;   u_m  => u_3
281       v     => v_1;   v_p  => v_2;   tv_m  => v_3;   v_m  => v_3
282       w     => w_1;   w_p  => w_2;   tw_m  => w_3;   w_m  => w_3
283
284       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
285          qsws   => qsws_1
286          qswst  => qswst_1
287          q      => q_1;     q_p  => q_2;     tq_m => q_3;    q_m => q_3
288          IF ( humidity )        vpt  => vpt_1
289          IF ( cloud_physics )   ql   => ql_1
290          IF ( cloud_droplets )  THEN
291             ql   => ql_1
292             ql_c => ql_2
293          ENDIF
294       ENDIF
295
296    ENDIF
297
298!
299!-- Initialize model variables
300    IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
301!
302!--    First model run of a possible job queue.
303!--    Initial profiles of the variables must be computes.
304       IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )  THEN
305!
306!--       Use solutions of the 1D model as initial profiles,
307!--       start 1D model
308          CALL init_1d_model
309!
310!--       Transfer initial profiles to the arrays of the 3D model
311          DO  i = nxl-1, nxr+1
312             DO  j = nys-1, nyn+1
313                e(:,j,i)  = e1d
314                kh(:,j,i) = kh1d
315                km(:,j,i) = km1d
316                pt(:,j,i) = pt_init
317                u(:,j,i)  = u1d
318                v(:,j,i)  = v1d
319             ENDDO
320          ENDDO
321
322          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
323             DO  i = nxl-1, nxr+1
324                DO  j = nys-1, nyn+1
325                   q(:,j,i) = q_init
326                ENDDO
327             ENDDO
328          ENDIF
329
330          IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
331             DO  i = nxl-1, nxr+1
332                DO  j = nys-1, nyn+1
333                   e(:,j,i)  = e1d
334                ENDDO
335             ENDDO
336!
337!--          Store initial profiles for output purposes etc.
338             hom(:,1,25,:) = SPREAD( l1d, 2, statistic_regions+1 )
339
340             IF ( prandtl_layer )  THEN
341                rif  = rif1d(nzb+1)
342                ts   = 0.0  ! could actually be computed more accurately in the
343                            ! 1D model. Update when opportunity arises.
344                us   = us1d
345                usws = usws1d
346                vsws = vsws1d
347             ELSE
348                ts   = 0.0  ! must be set, because used in
349                rif  = 0.0  ! flowste
350                us   = 0.0
351                usws = 0.0
352                vsws = 0.0
353             ENDIF
354
355          ELSE
356             e    = 0.0  ! must be set, because used in
357             rif  = 0.0  ! flowste
358             ts   = 0.0
359             us   = 0.0
360             usws = 0.0
361             vsws = 0.0
362          ENDIF
363
364!
365!--       In every case qs = 0.0 (see also pt)
366!--       This could actually be computed more accurately in the 1D model.
367!--       Update when opportunity arises!
368          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  qs = 0.0
369
370!
371!--       inside buildings set velocities back to zero
372          IF ( topography /= 'flat' )  THEN
373             DO  i = nxl-1, nxr+1
374                DO  j = nys-1, nyn+1
375                   u(nzb:nzb_u_inner(j,i),j,i) = 0.0
376                   v(nzb:nzb_v_inner(j,i),j,i) = 0.0
377                ENDDO
378             ENDDO
379!
380!--          WARNING: The extra boundary conditions set after running the
381!--          -------  1D model impose an error on the divergence one layer
382!--                   below the topography; need to correct later
383!--          ATTENTION: Provisional correction for Piacsek & Williams
384!--          ---------  advection scheme: keep u and v zero one layer below
385!--                     the topography.
386             IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
387!
388!--             Satisfying the Dirichlet condition with an extra layer below
389!--             the surface where the u and v component change their sign.
390                DO  i = nxl-1, nxr+1
391                   DO  j = nys-1, nyn+1
392                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = -u(1,j,i)
393                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = -v(1,j,i)
394                   ENDDO
395                ENDDO
396
397             ELSE
398!
399!--             Neumann condition
400                DO  i = nxl-1, nxr+1
401                   DO  j = nys-1, nyn+1
402                      IF ( nzb_u_inner(j,i) == 0 ) u(0,j,i) = u(1,j,i)
403                      IF ( nzb_v_inner(j,i) == 0 ) v(0,j,i) = v(1,j,i)
404                   ENDDO
405                ENDDO
406
407             ENDIF
408
409          ENDIF
410
411       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 ) &
412       THEN
413!
414!--       Use constructed initial profiles (velocity constant with height,
415!--       temperature profile with constant gradient)
416          DO  i = nxl-1, nxr+1
417             DO  j = nys-1, nyn+1
418                pt(:,j,i) = pt_init
419                u(:,j,i)  = u_init
420                v(:,j,i)  = v_init
421             ENDDO
422          ENDDO
423
424!
425!--       Set initial horizontal velocities at the lowest computational grid levels
426!--       to zero in order to avoid too small time steps caused by the diffusion
427!--       limit in the initial phase of a run (at k=1, dz/2 occurs in the
428!--       limiting formula!). The original values are stored to be later used for
429!--       volume flow control.
430          DO  i = nxl-1, nxr+1
431             DO  j = nys-1, nyn+1
432                u(nzb:nzb_u_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
433                v(nzb:nzb_v_inner(j,i)+1,j,i) = 0.0
434             ENDDO
435          ENDDO
436          IF ( conserve_volume_flow )  THEN
437             IF ( nxr == nx )  THEN
438                DO  j = nys, nyn
439                   k = nzb_u_inner(j,nx) + 1
440                   u_nzb_p1_for_vfc(j) = u_init(k) * dzu(k)
441                ENDDO
442             ENDIF
443             IF ( nyn == ny )  THEN
444                DO  i = nxl, nxr
445                   k = nzb_v_inner(ny,i) + 1
446                   v_nzb_p1_for_vfc(i) = v_init(k) * dzu(k)
447                ENDDO
448             ENDIF
449          ENDIF
450
451          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
452             DO  i = nxl-1, nxr+1
453                DO  j = nys-1, nyn+1
454                   q(:,j,i) = q_init
455                ENDDO
456             ENDDO
457          ENDIF
458
459         
460          IF ( constant_diffusion )  THEN
461             km   = km_constant
462             kh   = km / prandtl_number
463          ELSE
464             kh   = 0.01   ! there must exist an initial diffusion, because
465             km   = 0.01   ! otherwise no TKE would be produced by the
466                           ! production terms, as long as not yet
467                           ! e = (u*/cm)**2 at k=nzb+1
468          ENDIF
469          e    = 0.0
470          rif  = 0.0
471          ts   = 0.0
472          us   = 0.0
473          usws = 0.0
474          vsws = 0.0
475          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar ) qs = 0.0
476
477!
478!--       Compute initial temperature field and other constants used in case
479!--       of a sloping surface
480          IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
481
482       ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'by_user') /= 0 ) &
483       THEN
484!
485!--       Initialization will completely be done by the user
486          CALL user_init_3d_model
487
488       ENDIF
489
490!
491!--    Calculate virtual potential temperature
492       IF ( humidity ) vpt = pt * ( 1.0 + 0.61 * q )
493
494!
495!--    Store initial profiles for output purposes etc.
496       hom(:,1,5,:) = SPREAD( u(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
497       hom(:,1,6,:) = SPREAD( v(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
498       IF ( ibc_uv_b == 0 )  THEN
499          hom(nzb,1,5,:) = -hom(nzb+1,1,5,:)  ! due to satisfying the Dirichlet
500          hom(nzb,1,6,:) = -hom(nzb+1,1,6,:)  ! condition with an extra layer
501              ! below the surface where the u and v component change their sign
502       ENDIF
503       hom(:,1,7,:)  = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
504       hom(:,1,23,:) = SPREAD( km(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
505       hom(:,1,24,:) = SPREAD( kh(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
506
507
508       IF ( humidity )  THEN
509!
510!--       Store initial profile of total water content, virtual potential
511!--       temperature
512          hom(:,1,26,:) = SPREAD(   q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
513          hom(:,1,29,:) = SPREAD( vpt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
514          IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets ) THEN
515!
516!--          Store initial profile of specific humidity and potential
517!--          temperature
518             hom(:,1,27,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
519             hom(:,1,28,:) = SPREAD( pt(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
520          ENDIF
521       ENDIF
522
523       IF ( passive_scalar )  THEN
524!
525!--       Store initial scalar profile
526          hom(:,1,26,:) = SPREAD(  q(:,nys,nxl), 2, statistic_regions+1 )
527       ENDIF
528
529!
530!--    Initialize fluxes at bottom surface
531       IF ( use_surface_fluxes )  THEN
532
533          IF ( constant_heatflux )  THEN
534!
535!--          Heat flux is prescribed
536             IF ( random_heatflux )  THEN
537                CALL disturb_heatflux
538             ELSE
539                shf = surface_heatflux
540!
541!--             Over topography surface_heatflux is replaced by wall_heatflux(0)
542                IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
543                   DO  i = nxl-1, nxr+1
544                      DO  j = nys-1, nyn+1
545                         IF ( nzb_s_inner(j,i) /= 0 )  THEN
546                            shf(j,i) = wall_heatflux(0)
547                         ENDIF
548                      ENDDO
549                   ENDDO
550                ENDIF
551             ENDIF
552             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = shf
553          ENDIF
554
555!
556!--       Determine the near-surface water flux
557          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
558             IF ( constant_waterflux )  THEN
559                qsws   = surface_waterflux
560                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )  qsws_m = qsws
561             ENDIF
562          ENDIF
563
564       ENDIF
565
566!
567!--    Initialize fluxes at top surface
568!--    Currently, only the heatflux can be prescribed. The latent flux is
569!--    zero in this case!
570       IF ( use_top_fluxes )  THEN
571
572          IF ( constant_top_heatflux )  THEN
573!
574!--          Heat flux is prescribed
575             tswst = top_heatflux
576             IF ( ASSOCIATED( tswst_m ) )  tswst_m = tswst
577
578             IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
579                qswst = 0.0
580                IF ( ASSOCIATED( qswst_m ) )  qswst_m = qswst
581             ENDIF
582         ENDIF
583
584       ENDIF
585
586!
587!--    Initialize Prandtl layer quantities
588       IF ( prandtl_layer )  THEN
589
590          z0 = roughness_length
591
592          IF ( .NOT. constant_heatflux )  THEN 
593!
594!--          Surface temperature is prescribed. Here the heat flux cannot be
595!--          simply estimated, because therefore rif, u* and theta* would have
596!--          to be computed by iteration. This is why the heat flux is assumed
597!--          to be zero before the first time step. It approaches its correct
598!--          value in the course of the first few time steps.
599             shf   = 0.0
600             IF ( ASSOCIATED( shf_m ) )  shf_m = 0.0
601          ENDIF
602
603          IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
604             IF ( .NOT. constant_waterflux )  THEN
605                qsws   = 0.0
606                IF ( ASSOCIATED( qsws_m ) )   qsws_m = 0.0
607             ENDIF
608          ENDIF
609
610       ENDIF
611
612!
613!--    Calculate the initial volume flow at the right and north boundary
614       IF ( conserve_volume_flow )  THEN
615
616          volume_flow_initial_l = 0.0
617          volume_flow_area_l    = 0.0
618 
619          IF ( nxr == nx )  THEN
620             DO  j = nys, nyn
621                DO  k = nzb_2d(j,nx) + 1, nzt
622                   volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
623                                              u(k,j,nx) * dzu(k)
624                   volume_flow_area_l(1)    = volume_flow_area_l(1) + dzu(k)
625                ENDDO
626!
627!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
628                volume_flow_initial_l(1) = volume_flow_initial_l(1) + &
629                                           u_nzb_p1_for_vfc(j)
630             ENDDO
631          ENDIF
632
633          IF ( nyn == ny )  THEN
634             DO  i = nxl, nxr
635                DO  k = nzb_2d(ny,i) + 1, nzt 
636                   volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
637                                              v(k,ny,i) * dzu(k)
638                   volume_flow_area_l(2)    = volume_flow_area_l(2) + dzu(k)
639                ENDDO
640!
641!--             Correction if velocity at nzb+1 has been set zero further above
642                volume_flow_initial_l(2) = volume_flow_initial_l(2) + &
643                                           v_nzb_p1_for_vfc(i)
644             ENDDO
645          ENDIF
646
647#if defined( __parallel )
648          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_initial_l(1), volume_flow_initial(1),&
649                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
650          CALL MPI_ALLREDUCE( volume_flow_area_l(1), volume_flow_area(1),      &
651                              2, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
652#else
653          volume_flow_initial = volume_flow_initial_l
654          volume_flow_area    = volume_flow_area_l
655#endif 
656       ENDIF
657
658!
659!--    For the moment, perturbation pressure and vertical velocity are zero
660       p = 0.0; w = 0.0
661
662!
663!--    Initialize array sums (must be defined in first call of pres)
664       sums = 0.0
665
666!
667!--    Treating cloud physics, liquid water content and precipitation amount
668!--    are zero at beginning of the simulation
669       IF ( cloud_physics )  THEN
670          ql = 0.0
671          IF ( precipitation )  precipitation_amount = 0.0
672       ENDIF
673
674!
675!--    Initialize spectra
676       IF ( dt_dosp /= 9999999.9 )  THEN
677          spectrum_x = 0.0
678          spectrum_y = 0.0
679       ENDIF
680
681!
682!--    Impose vortex with vertical axis on the initial velocity profile
683       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_vortex' ) /= 0 )  THEN
684          CALL init_rankine
685       ENDIF
686
687!
688!--    Impose temperature anomaly (advection test only)
689       IF ( INDEX( initializing_actions, 'initialize_ptanom' ) /= 0 )  THEN
690          CALL init_pt_anomaly
691       ENDIF
692
693!
694!--    If required, change the surface temperature at the start of the 3D run
695       IF ( pt_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
696          pt(nzb,:,:) = pt(nzb,:,:) + pt_surface_initial_change
697       ENDIF
698
699!
700!--    If required, change the surface humidity/scalar at the start of the 3D
701!--    run
702       IF ( ( humidity .OR. passive_scalar ) .AND. &
703            q_surface_initial_change /= 0.0 )  THEN
704          q(nzb,:,:) = q(nzb,:,:) + q_surface_initial_change
705       ENDIF
706
707!
708!--    Initialize the random number generator (from numerical recipes)
709       CALL random_function_ini
710
711!
712!--    Impose random perturbation on the horizontal velocity field and then
713!--    remove the divergences from the velocity field
714       IF ( create_disturbances )  THEN
715          CALL disturb_field( nzb_u_inner, tend, u )
716          CALL disturb_field( nzb_v_inner, tend, v )
717          n_sor = nsor_ini
718          CALL pres
719          n_sor = nsor
720       ENDIF
721
722!
723!--    Once again set the perturbation pressure explicitly to zero in order to
724!--    assure that it does not generate any divergences in the first time step.
725!--    At t=0 the velocity field is free of divergence (as constructed above).
726!--    Divergences being created during a time step are not yet known and thus
727!--    cannot be corrected during the time step yet.
728       p = 0.0
729
730!
731!--    Initialize old and new time levels.
732       IF ( timestep_scheme(1:5) /= 'runge' )  THEN
733          e_m = e; pt_m = pt; u_m = u; v_m = v; w_m = w; kh_m = kh; km_m = km
734       ELSE
735          te_m = 0.0; tpt_m = 0.0; tu_m = 0.0; tv_m = 0.0; tw_m = 0.0
736       ENDIF
737       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
738
739       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  THEN
740          IF ( ASSOCIATED( q_m ) )  q_m = q
741          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  tq_m = 0.0
742          q_p = q
743          IF ( humidity  .AND.  ASSOCIATED( vpt_m ) )  vpt_m = vpt
744       ENDIF
745
746!
747!--    Initialize old timelevels needed for radiation boundary conditions
748       IF ( outflow_l )  THEN
749          u_m_l(:,:,:) = u(:,:,-1:1)
750          v_m_l(:,:,:) = v(:,:,-1:1)
751          w_m_l(:,:,:) = w(:,:,-1:1)
752       ENDIF
753       IF ( outflow_r )  THEN
754          u_m_r(:,:,:) = u(:,:,nx-1:nx+1)
755          v_m_r(:,:,:) = v(:,:,nx-1:nx+1)
756          w_m_r(:,:,:) = w(:,:,nx-1:nx+1)
757       ENDIF
758       IF ( outflow_s )  THEN
759          u_m_s(:,:,:) = u(:,-1:1,:)
760          v_m_s(:,:,:) = v(:,-1:1,:)
761          w_m_s(:,:,:) = w(:,-1:1,:)
762       ENDIF
763       IF ( outflow_n )  THEN
764          u_m_n(:,:,:) = u(:,ny-1:ny+1,:)
765          v_m_n(:,:,:) = v(:,ny-1:ny+1,:)
766          w_m_n(:,:,:) = w(:,ny-1:ny+1,:)
767       ENDIF
768
769    ELSEIF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data' ) &
770    THEN
771!
772!--    Read binary data from restart file
773       CALL read_3d_binary
774
775!
776!--    Calculate initial temperature field and other constants used in case
777!--    of a sloping surface
778       IF ( sloping_surface )  CALL init_slope
779
780!
781!--    Initialize new time levels (only done in order to set boundary values
782!--    including ghost points)
783       e_p = e; pt_p = pt; u_p = u; v_p = v; w_p = w
784       IF ( humidity  .OR.  passive_scalar )  q_p = q
785
786    ELSE
787!
788!--    Actually this part of the programm should not be reached
789       IF ( myid == 0 )  PRINT*,'+++ init_3d_model: unknown initializing ', &
790                                                    'problem'
791       CALL local_stop
792    ENDIF
793
794!
795!-- If required, initialize dvrp-software
796    IF ( dt_dvrp /= 9999999.9 )  CALL init_dvrp
797
798!
799!-- If required, initialize quantities for handling cloud physics
800!-- This routine must be called before init_particles, because
801!-- otherwise, array pt_d_t, needed in data_output_dvrp (called by
802!-- init_particles) is not defined.
803    CALL init_cloud_physics
804
805!
806!-- If required, initialize particles
807    IF ( particle_advection )  CALL init_particles
808
809!
810!-- Initialize quantities for special advections schemes
811    CALL init_advec
812
813!
814!-- Initialize Rayleigh damping factors
815    rdf = 0.0
816    IF ( rayleigh_damping_factor /= 0.0 )  THEN
817       DO  k = nzb+1, nzt
818          IF ( zu(k) >= rayleigh_damping_height )  THEN
819             rdf(k) = rayleigh_damping_factor * &
820                      ( SIN( pi * 0.5 * ( zu(k) - rayleigh_damping_height )    &
821                                      / ( zu(nzt) - rayleigh_damping_height ) )&
822                      )**2
823          ENDIF
824       ENDDO
825    ENDIF
826
827!
828!-- Initialize diffusivities used within the outflow damping layer in case of
829!-- non-cyclic lateral boundaries. A linear increase is assumed over the first
830!-- half of the width of the damping layer
831    IF ( bc_lr == 'dirichlet/radiation' )  THEN
832
833       DO  i = nxl-1, nxr+1
834          IF ( i >= nx - outflow_damping_width )  THEN
835             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
836                            ( i - ( nx - outflow_damping_width ) ) /   &
837                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
838                                             )
839          ELSE
840             km_damp_x(i) = 0.0
841          ENDIF
842       ENDDO
843
844    ELSEIF ( bc_lr == 'radiation/dirichlet' )  THEN
845
846       DO  i = nxl-1, nxr+1
847          IF ( i <= outflow_damping_width )  THEN
848             km_damp_x(i) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
849                            ( outflow_damping_width - i ) /            &
850                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
851                                             )
852          ELSE
853             km_damp_x(i) = 0.0
854          ENDIF
855       ENDDO
856
857    ENDIF
858
859    IF ( bc_ns == 'dirichlet/radiation' )  THEN
860
861       DO  j = nys-1, nyn+1
862          IF ( j >= ny - outflow_damping_width )  THEN
863             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
864                            ( j - ( ny - outflow_damping_width ) ) /   &
865                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
866                                             )
867          ELSE
868             km_damp_y(j) = 0.0
869          ENDIF
870       ENDDO
871
872    ELSEIF ( bc_ns == 'radiation/dirichlet' )  THEN
873
874       DO  j = nys-1, nyn+1
875          IF ( j <= outflow_damping_width )  THEN
876             km_damp_y(j) = km_damp_max * MIN( 1.0,                    &
877                            ( outflow_damping_width - j ) /            &
878                            REAL( outflow_damping_width/2 )            &
879                                             )
880          ELSE
881             km_damp_y(j) = 0.0
882          ENDIF
883       ENDDO
884
885    ENDIF
886
887!
888!-- Initialize local summation arrays for UP flow_statistics. This is necessary
889!-- because they may not yet have been initialized when they are called from
890!-- flow_statistics (or - depending on the chosen model run - are never
891!-- initialized)
892    sums_divnew_l      = 0.0
893    sums_divold_l      = 0.0
894    sums_l_l           = 0.0
895    sums_up_fraction_l = 0.0
896    sums_wsts_bc_l     = 0.0
897
898!
899!-- Pre-set masks for regional statistics. Default is the total model domain.
900    rmask = 1.0
901
902!
903!-- User-defined initializing actions. Check afterwards, if maximum number
904!-- of allowed timeseries is not exceeded
905    CALL user_init
906
907    IF ( dots_num > dots_max )  THEN
908       IF ( myid == 0 )  THEN
909          PRINT*, '+++ user_init: number of time series quantities exceeds', &
910                  ' its maximum of dots_max = ', dots_max
911          PRINT*, '    Please increase dots_max in modules.f90.'
912       ENDIF
913       CALL local_stop
914    ENDIF
915
916!
917!-- Input binary data file is not needed anymore. This line must be placed
918!-- after call of user_init!
919    CALL close_file( 13 )
920
921!
922!-- Compute total sum of active mask grid points
923!-- ngp_2dh: number of grid points of a horizontal cross section through the
924!--          total domain
925!-- ngp_3d:  number of grid points of the total domain
926!-- Note: The lower vertical index nzb_s_outer imposes a small error on the 2D
927!-- ----  averages of staggered variables such as u and v due to the topography
928!--       arrangement on the staggered grid. Maybe revise later.
929    ngp_2dh_outer_l = 0
930    ngp_2dh_outer   = 0
931    ngp_2dh_l       = 0
932    ngp_2dh         = 0
933    ngp_3d_inner_l  = 0
934    ngp_3d_inner    = 0
935    ngp_3d          = 0
936    ngp_sums        = ( nz + 2 ) * ( pr_palm + max_pr_user )
937
938    DO  sr = 0, statistic_regions
939       DO  i = nxl, nxr
940          DO  j = nys, nyn
941             IF ( rmask(j,i,sr) == 1.0 )  THEN
942!
943!--             All xy-grid points
944                ngp_2dh_l(sr) = ngp_2dh_l(sr) + 1
945!
946!--             xy-grid points above topography
947                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nz + 1
948                   ngp_2dh_outer_l(k,sr) = ngp_2dh_outer_l(k,sr) + 1
949                ENDDO
950!
951!--             All grid points of the total domain above topography
952                ngp_3d_inner_l(sr) = ngp_3d_inner_l(sr) + &
953                                     ( nz - nzb_s_inner(j,i) + 2 )
954             ENDIF
955          ENDDO
956       ENDDO
957    ENDDO
958
959    sr = statistic_regions + 1
960#if defined( __parallel )
961    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_l(0), ngp_2dh(0), sr, MPI_INTEGER, MPI_SUM,  &
962                        comm2d, ierr )
963    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_2dh_outer_l(0,0), ngp_2dh_outer(0,0), (nz+2)*sr, &
964                        MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
965    CALL MPI_ALLREDUCE( ngp_3d_inner_l(0), ngp_3d_inner(0), sr, MPI_INTEGER, &
966                        MPI_SUM, comm2d, ierr )
967#else
968    ngp_2dh       = ngp_2dh_l
969    ngp_2dh_outer = ngp_2dh_outer_l
970    ngp_3d_inner  = ngp_3d_inner_l
971#endif
972
973    ngp_3d = ngp_2dh * ( nz + 2 )
974
975!
976!-- Set a lower limit of 1 in order to avoid zero divisions in flow_statistics,
977!-- buoyancy, etc. A zero value will occur for cases where all grid points of
978!-- the respective subdomain lie below the surface topography
979    ngp_2dh_outer = MAX( 1, ngp_2dh_outer(:,:) ) 
980    ngp_3d_inner  = MAX( 1, ngp_3d_inner(:)    )
981
982    DEALLOCATE( ngp_2dh_l, ngp_2dh_outer_l, ngp_3d_inner_l )
983
984
985 END SUBROUTINE init_3d_model
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.