source: palm/trunk/SOURCE/init_grid.f90 @ 1903

Last change on this file since 1903 was 1903, checked in by suehring, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 75.4 KB
Line 
1!> @file init_grid.f90
2!-------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
17!-------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! -----------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: init_grid.f90 1903 2016-05-09 11:20:41Z suehring $
26!
27! 1902 2016-05-09 11:18:56Z suehring
28! Set topography flags only for multigrid solver, not for multigrid_fast
29!
30! 1886 2016-04-21 11:20:47Z suehring
31! Bugfix: setting advection flags near walls
32! reformulated index values for nzb_v_inner
33! variable discriptions added in declaration block
34!
35! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
36! nzb_2d removed
37!
38! 1804 2016-04-05 16:30:18Z maronga
39! Removed code for parameter file check (__check)
40!
41! 1779 2016-03-03 08:01:28Z raasch
42! coupling_char is trimmed at every place it occurs, because it can have
43! different length now
44!
45! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
46! Introduction of nested domain feature
47!
48! 1743 2016-01-13 10:23:51Z raasch
49! Bugfix for calculation of nzb_s_outer and nzb_u_outer at north boundary of
50! total domain
51!
52! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
53! Renamed prandtl_layer to constant_flux_layer.
54!
55! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
56! Code annotations made doxygen readable
57!
58! 1677 2015-10-02 13:25:23Z boeske
59! Bugfix: Ghost points are included in wall_flags_0 and wall_flags_00
60!
61! 1675 2015-10-02 08:28:59Z gronemeier
62! Bugfix: Definition of topography grid levels
63!
64! 1660 2015-09-21 08:15:16Z gronemeier
65! Bugfix: Definition of topography grid levels if vertical grid stretching
66!         starts below the maximum topography height.
67!
68! 1580 2015-04-10 13:43:49Z suehring
69! Bugfix: setting flags for 5th order scheme near buildings
70!
71! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
72! adjustments for psolver-queries
73!
74! 1557 2015-03-05 16:43:04Z suehring
75! Adjustment for monotoinic limiter
76!
77! 1418 2014-06-06 13:05:08Z fricke
78! Bugfix: Change if-condition for stretched grid in the ocean, with the old
79!          condition and a negative value for dz_stretch_level the condition
80!          was always true for the whole model domain
81!
82! 1409 2014-05-23 12:11:32Z suehring
83! Bugfix: set wall_flags_0 at inflow and outflow boundary also for i <= nxlu
84! j <= nysv
85!
86! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
87! REAL constants provided with KIND-attribute
88!
89! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
90! REAL constants defined as wp-kind
91!
92! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
93! ONLY-attribute added to USE-statements,
94! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
95! kinds are defined in new module kinds,
96! revision history before 2012 removed,
97! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
98! all variable declaration statements
99!
100! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
101! wall_flags_00 introduced to hold bits 32-63,
102! additional 3D-flag arrays for replacing the 2D-index array nzb_s_inner in
103! loops optimized for openACC (pres + flow_statistics)
104!
105! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
106! unused variables removed
107!
108! 1069 2012-11-28 16:18:43Z maronga
109! bugfix: added coupling_char to TOPOGRAPHY_DATA to allow topography in the
110!         ocean model in case of coupled runs
111!
112! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
113! code put under GPL (PALM 3.9)
114!
115! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
116! lower index for calculating wall_flags_0 set to nzb_w_inner instead of
117! nzb_w_inner+1
118!
119! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
120! little reformatting
121!
122! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
123! Bugfix: nzb_max is set to nzt at non-cyclic lateral boundaries
124! Bugfix: Set wall_flags_0 for inflow boundary
125!
126! 927 2012-06-06 19:15:04Z raasch
127! Wall flags are not set for multigrid method in case of masking method
128!
129! 864 2012-03-27 15:10:33Z gryschka
130! In case of ocean and Dirichlet bottom bc for u and v dzu_mg and ddzu_pres
131! were not correctly defined for k=1.
132!
133! 861 2012-03-26 14:18:34Z suehring
134! Set wall_flags_0. The array is needed for degradation in ws-scheme near walls,
135! inflow and outflow boundaries as well as near the bottom and the top of the
136! model domain.!
137! Initialization of nzb_s_inner and nzb_w_inner.
138! gls has to be at least nbgp to do not exceed the array bounds of nzb_local
139! while setting wall_flags_0
140!
141! 843 2012-02-29 15:16:21Z gryschka
142! In case of ocean and dirichlet bc for u and v at the bottom
143! the first u-level ist defined at same height as the first w-level
144!
145! 818 2012-02-08 16:11:23Z maronga
146! Bugfix: topo_height is only required if topography is used. It is thus now
147! allocated in the topography branch
148!
149! 809 2012-01-30 13:32:58Z maronga
150! Bugfix: replaced .AND. and .NOT. with && and ! in the preprocessor directives
151!
152! 807 2012-01-25 11:53:51Z maronga
153! New cpp directive "__check" implemented which is used by check_namelist_files
154!
155! Revision 1.1  1997/08/11 06:17:45  raasch
156! Initial revision (Testversion)
157!
158!
159! Description:
160! ------------
161!> Creating grid depending constants
162!------------------------------------------------------------------------------!
163 SUBROUTINE init_grid
164 
165
166    USE arrays_3d,                                                             &
167        ONLY:  dd2zu, ddzu, ddzu_pres, ddzw, dzu, dzu_mg, dzw, dzw_mg, f1_mg,  &
168               f2_mg, f3_mg, l_grid, l_wall, zu, zw
169       
170    USE control_parameters,                                                    &
171        ONLY:  bc_lr, bc_ns, building_height, building_length_x,               &
172               building_length_y, building_wall_left, building_wall_south,     &
173               canyon_height, canyon_wall_left, canyon_wall_south,             &
174               canyon_width_x, canyon_width_y, constant_flux_layer,            &
175               coupling_char, dp_level_ind_b, dz, dz_max, dz_stretch_factor,   &
176               dz_stretch_level, dz_stretch_level_index, ibc_uv_b, io_blocks,  &
177               io_group, inflow_l, inflow_n, inflow_r, inflow_s,               &
178               masking_method, maximum_grid_level, message_string,             &
179               momentum_advec, nest_domain, nest_bound_l, nest_bound_n,        &
180               nest_bound_r, nest_bound_s, ocean, outflow_l, outflow_n,        &
181               outflow_r, outflow_s, psolver, scalar_advec, topography,        &
182               topography_grid_convention, use_surface_fluxes, use_top_fluxes, &
183               wall_adjustment_factor
184       
185    USE grid_variables,                                                        &
186        ONLY:  ddx, ddx2, ddx2_mg, ddy, ddy2, ddy2_mg, dx, dx2, dy, dy2, fwxm, &
187               fwxp, fwym, fwyp, fxm, fxp, fym, fyp, wall_e_x, wall_e_y,       &
188               wall_u, wall_v, wall_w_x, wall_w_y, zu_s_inner, zw_w_inner
189       
190    USE indices,                                                               &
191        ONLY:  flags, nbgp, nx, nxl, nxlg, nxlu, nxl_mg, nxr, nxrg, nxr_mg,    &
192               ny, nyn, nyng, nyn_mg, nys, nysv, nys_mg, nysg, nz, nzb,        &
193               nzb_diff, nzb_diff_s_inner, nzb_diff_s_outer, nzb_diff_u,       &
194               nzb_diff_v, nzb_max, nzb_s_inner, nzb_s_outer, nzb_u_inner,     &
195               nzb_u_outer, nzb_v_inner, nzb_v_outer, nzb_w_inner,             &
196               nzb_w_outer, nzt, nzt_diff, nzt_mg, rflags_invers,              &
197               rflags_s_inner, wall_flags_0, wall_flags_00, wall_flags_1,      &
198               wall_flags_10, wall_flags_2, wall_flags_3,  wall_flags_4,       &
199               wall_flags_5, wall_flags_6, wall_flags_7, wall_flags_8,         &
200               wall_flags_9
201   
202    USE kinds
203   
204    USE pegrid
205
206    IMPLICIT NONE
207
208    INTEGER(iwp) ::  bh      !< temporary vertical index of building height
209    INTEGER(iwp) ::  blx     !< grid point number of building size along x
210    INTEGER(iwp) ::  bly     !< grid point number of building size along y
211    INTEGER(iwp) ::  bxl     !< index for left building wall
212    INTEGER(iwp) ::  bxr     !< index for right building wall
213    INTEGER(iwp) ::  byn     !< index for north building wall
214    INTEGER(iwp) ::  bys     !< index for south building wall
215    INTEGER(iwp) ::  ch      !< temporary vertical index for canyon height
216    INTEGER(iwp) ::  cwx     !< grid point number of canyon size along x
217    INTEGER(iwp) ::  cwy     !< grid point number of canyon size along y
218    INTEGER(iwp) ::  cxl     !< index for left canyon wall
219    INTEGER(iwp) ::  cxr     !< index for right canyon wall
220    INTEGER(iwp) ::  cyn     !< index for north canyon wall
221    INTEGER(iwp) ::  cys     !< index for south canyon wall
222    INTEGER(iwp) ::  gls     !< number of lateral ghost points at total model
223                             !< domain boundaries required for multigrid solver
224    INTEGER(iwp) ::  i       !< index variable along x
225    INTEGER(iwp) ::  ii      !< loop variable for reading topography file
226    INTEGER(iwp) ::  inc     !< incremental parameter for coarsening grid level
227    INTEGER(iwp) ::  j       !< index variable along y
228    INTEGER(iwp) ::  k       !< index variable along z
229    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
230    INTEGER(iwp) ::  nxl_l   !< index of left PE boundary for multigrid level
231    INTEGER(iwp) ::  nxr_l   !< index of right PE boundary for multigrid level
232    INTEGER(iwp) ::  nyn_l   !< index of north PE boundary for multigrid level
233    INTEGER(iwp) ::  nys_l   !< index of south PE boundary for multigrid level
234    INTEGER(iwp) ::  nzb_si  !< dummy index for local nzb_s_inner
235    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
236    INTEGER(iwp) ::  vi      !< dummy for vertical influence
237
238    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::                               &
239                     vertical_influence  !< number of vertical grid points above
240                                         !< obstacle where adjustment of near-
241                                         !< wall mixing length is required
242                                         
243    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  corner_nl  !< index of
244                                         !< north-left corner location to limit
245                                         !< near-wall mixing length
246    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  corner_nr  !< north-right
247    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  corner_sl  !< south-left
248    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  corner_sr  !< south-right
249    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wall_l     !< distance to
250                                                             !< adjacent left-facing
251                                                             !< wall
252    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wall_n     !< north-facing
253    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wall_r     !< right-facing
254    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wall_s     !< right-facing
255    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  nzb_local  !< index for topography
256                                                             !< top at cell-center
257    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  nzb_tmp    !< dummy to calculate
258                                                             !< topography indices
259                                                             !< on u- and v-grid
260
261    LOGICAL  :: flag_set = .FALSE.  !< steering variable for advection flags
262
263    REAL(wp) ::  dx_l          !< grid spacing along x on different multigrid level
264    REAL(wp) ::  dy_l          !< grid spacing along y on different multigrid level
265    REAL(wp) ::  dz_stretched  !< stretched vertical grid spacing
266
267    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  topo_height  !< input variable for
268                                                           !< topography height
269
270   
271!
272!-- Calculation of horizontal array bounds including ghost layers
273    nxlg = nxl - nbgp
274    nxrg = nxr + nbgp
275    nysg = nys - nbgp
276    nyng = nyn + nbgp
277
278!
279!-- Allocate grid arrays
280    ALLOCATE( ddzu(1:nzt+1), ddzw(1:nzt+1), dd2zu(1:nzt), dzu(1:nzt+1),        &
281              dzw(1:nzt+1), l_grid(1:nzt), zu(nzb:nzt+1), zw(nzb:nzt+1) )
282
283!
284!-- Compute height of u-levels from constant grid length and dz stretch factors
285    IF ( dz == -1.0_wp )  THEN
286       message_string = 'missing dz'
287       CALL message( 'init_grid', 'PA0200', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
288    ELSEIF ( dz <= 0.0_wp )  THEN
289       WRITE( message_string, * ) 'dz=',dz,' <= 0.0'
290       CALL message( 'init_grid', 'PA0201', 1, 2, 0, 6, 0 )
291    ENDIF
292
293!
294!-- Define the vertical grid levels
295    IF ( .NOT. ocean )  THEN
296!
297!--    Grid for atmosphere with surface at z=0 (k=0, w-grid).
298!--    The second u-level (k=1) corresponds to the top of the
299!--    Prandtl-layer.
300
301       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2 ) THEN
302          zu(0) = 0.0_wp
303      !    zu(0) = - dz * 0.5_wp
304       ELSE
305          zu(0) = - dz * 0.5_wp
306       ENDIF
307       zu(1) =   dz * 0.5_wp
308
309       dz_stretch_level_index = nzt+1
310       dz_stretched = dz
311       DO  k = 2, nzt+1
312          IF ( dz_stretch_level <= zu(k-1)  .AND.  dz_stretched < dz_max )  THEN
313             dz_stretched = dz_stretched * dz_stretch_factor
314             dz_stretched = MIN( dz_stretched, dz_max )
315             IF ( dz_stretch_level_index == nzt+1 ) dz_stretch_level_index = k-1
316          ENDIF
317          zu(k) = zu(k-1) + dz_stretched
318       ENDDO
319
320!
321!--    Compute the w-levels. They are always staggered half-way between the
322!--    corresponding u-levels. In case of dirichlet bc for u and v at the
323!--    ground the first u- and w-level (k=0) are defined at same height (z=0).
324!--    The top w-level is extrapolated linearly.
325       zw(0) = 0.0_wp
326       DO  k = 1, nzt
327          zw(k) = ( zu(k) + zu(k+1) ) * 0.5_wp
328       ENDDO
329       zw(nzt+1) = zw(nzt) + 2.0_wp * ( zu(nzt+1) - zw(nzt) )
330
331    ELSE
332!
333!--    Grid for ocean with free water surface is at k=nzt (w-grid).
334!--    In case of neumann bc at the ground the first first u-level (k=0) lies
335!--    below the first w-level (k=0). In case of dirichlet bc the first u- and
336!--    w-level are defined at same height, but staggered from the second level.
337!--    The second u-level (k=1) corresponds to the top of the Prandtl-layer.
338       zu(nzt+1) =   dz * 0.5_wp
339       zu(nzt)   = - dz * 0.5_wp
340
341       dz_stretch_level_index = 0
342       dz_stretched = dz
343       DO  k = nzt-1, 0, -1
344!
345!--       The default value of dz_stretch_level is positive, thus the first
346!--       condition is always true. Hence, the second condition is necessary.
347          IF ( dz_stretch_level >= zu(k+1)  .AND.  dz_stretch_level <= 0.0  &
348               .AND.  dz_stretched < dz_max )  THEN
349             dz_stretched = dz_stretched * dz_stretch_factor
350             dz_stretched = MIN( dz_stretched, dz_max )
351             IF ( dz_stretch_level_index == 0 ) dz_stretch_level_index = k+1
352          ENDIF
353          zu(k) = zu(k+1) - dz_stretched
354       ENDDO
355
356!
357!--    Compute the w-levels. They are always staggered half-way between the
358!--    corresponding u-levels, except in case of dirichlet bc for u and v
359!--    at the ground. In this case the first u- and w-level are defined at
360!--    same height. The top w-level (nzt+1) is not used but set for
361!--    consistency, since w and all scalar variables are defined up tp nzt+1.
362       zw(nzt+1) = dz
363       zw(nzt)   = 0.0_wp
364       DO  k = 0, nzt
365          zw(k) = ( zu(k) + zu(k+1) ) * 0.5_wp
366       ENDDO
367
368!
369!--    In case of dirichlet bc for u and v the first u- and w-level are defined
370!--    at same height.
371       IF ( ibc_uv_b == 0 ) THEN
372          zu(0) = zw(0)
373       ENDIF
374
375    ENDIF
376
377!
378!-- Compute grid lengths.
379    DO  k = 1, nzt+1
380       dzu(k)  = zu(k) - zu(k-1)
381       ddzu(k) = 1.0_wp / dzu(k)
382       dzw(k)  = zw(k) - zw(k-1)
383       ddzw(k) = 1.0_wp / dzw(k)
384    ENDDO
385
386    DO  k = 1, nzt
387       dd2zu(k) = 1.0_wp / ( dzu(k) + dzu(k+1) )
388    ENDDO
389   
390!   
391!-- The FFT- SOR-pressure solvers assume grid spacings of a staggered grid
392!-- everywhere. For the actual grid, the grid spacing at the lowest level
393!-- is only dz/2, but should be dz. Therefore, an additional array
394!-- containing with appropriate grid information is created for these
395!-- solvers.
396    IF ( psolver(1:9) /= 'multigrid' )  THEN
397       ALLOCATE( ddzu_pres(1:nzt+1) )
398       ddzu_pres = ddzu
399       ddzu_pres(1) = ddzu_pres(2)  ! change for lowest level
400    ENDIF   
401
402!
403!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
404!-- grid levels
405    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
406
407       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level), ddy2_mg(maximum_grid_level), &
408                 dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level),                   &
409                 dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level),                   &
410                 f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level),                      &
411                 f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level),                      &
412                 f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
413
414       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
415!       
416!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
417       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
418
419       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
420       nzt_l = nzt
421       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
422           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
423           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
424           nzt_l = nzt_l / 2
425           DO  k = 2, nzt_l+1
426              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
427              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
428           ENDDO
429       ENDDO
430
431       nzt_l = nzt
432       dx_l  = dx
433       dy_l  = dy
434       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
435          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
436          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
437          DO  k = nzb+1, nzt_l
438             f2_mg(k,l) = 1.0_wp / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
439             f3_mg(k,l) = 1.0_wp / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
440             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) + &
441                          f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
442          ENDDO
443          nzt_l = nzt_l / 2
444          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
445          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
446       ENDDO
447
448    ENDIF
449
450!
451!-- Compute the reciprocal values of the horizontal grid lengths.
452    ddx = 1.0_wp / dx
453    ddy = 1.0_wp / dy
454    dx2 = dx * dx
455    dy2 = dy * dy
456    ddx2 = 1.0_wp / dx2
457    ddy2 = 1.0_wp / dy2
458
459!
460!-- Compute the grid-dependent mixing length.
461    DO  k = 1, nzt
462       l_grid(k)  = ( dx * dy * dzw(k) )**0.33333333333333_wp
463    ENDDO
464
465!
466!-- Allocate outer and inner index arrays for topography and set
467!-- defaults.
468!-- nzb_local has to contain additional layers of ghost points for calculating
469!-- the flag arrays needed for the multigrid method
470    gls = 2**( maximum_grid_level )
471    IF ( gls < nbgp )  gls = nbgp
472
473    ALLOCATE( corner_nl(nys:nyn,nxl:nxr), corner_nr(nys:nyn,nxl:nxr),       &
474              corner_sl(nys:nyn,nxl:nxr), corner_sr(nys:nyn,nxl:nxr),       &
475              nzb_local(-gls:ny+gls,-gls:nx+gls),                                   &
476              nzb_tmp(-nbgp:ny+nbgp,-nbgp:nx+nbgp),                         &
477              wall_l(nys:nyn,nxl:nxr), wall_n(nys:nyn,nxl:nxr),             &
478              wall_r(nys:nyn,nxl:nxr), wall_s(nys:nyn,nxl:nxr) )
479    ALLOCATE( fwxm(nysg:nyng,nxlg:nxrg), fwxp(nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
480              fwym(nysg:nyng,nxlg:nxrg), fwyp(nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
481              fxm(nysg:nyng,nxlg:nxrg), fxp(nysg:nyng,nxlg:nxrg),           &
482              fym(nysg:nyng,nxlg:nxrg), fyp(nysg:nyng,nxlg:nxrg),           &
483              nzb_s_inner(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
484              nzb_s_outer(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
485              nzb_u_inner(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
486              nzb_u_outer(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
487              nzb_v_inner(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
488              nzb_v_outer(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
489              nzb_w_inner(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
490              nzb_w_outer(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
491              nzb_diff_s_inner(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
492              nzb_diff_s_outer(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
493              nzb_diff_u(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
494              nzb_diff_v(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
495              rflags_s_inner(nzb:nzt+2,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
496              rflags_invers(nysg:nyng,nxlg:nxrg,nzb:nzt+2),                 &
497              wall_e_x(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
498              wall_e_y(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
499              wall_u(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                  &
500              wall_v(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                  &
501              wall_w_x(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
502              wall_w_y(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
503
504
505
506    ALLOCATE( l_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
507
508
509    nzb_s_inner = nzb;  nzb_s_outer = nzb
510    nzb_u_inner = nzb;  nzb_u_outer = nzb
511    nzb_v_inner = nzb;  nzb_v_outer = nzb
512    nzb_w_inner = nzb;  nzb_w_outer = nzb
513
514    rflags_s_inner = 1.0_wp
515    rflags_invers  = 1.0_wp
516
517!
518!-- Define vertical gridpoint from (or to) which on the usual finite difference
519!-- form (which does not use surface fluxes) is applied
520    IF ( constant_flux_layer  .OR.  use_surface_fluxes )  THEN
521       nzb_diff = nzb + 2
522    ELSE
523       nzb_diff = nzb + 1
524    ENDIF
525    IF ( use_top_fluxes )  THEN
526       nzt_diff = nzt - 1
527    ELSE
528       nzt_diff = nzt
529    ENDIF
530
531    nzb_diff_s_inner = nzb_diff;  nzb_diff_s_outer = nzb_diff
532    nzb_diff_u = nzb_diff;  nzb_diff_v = nzb_diff
533
534    wall_e_x = 0.0_wp;  wall_e_y = 0.0_wp;  wall_u = 0.0_wp;  wall_v = 0.0_wp
535    wall_w_x = 0.0_wp;  wall_w_y = 0.0_wp
536    fwxp = 1.0_wp;  fwxm = 1.0_wp;  fwyp = 1.0_wp;  fwym = 1.0_wp
537    fxp  = 1.0_wp;  fxm  = 1.0_wp;  fyp  = 1.0_wp;  fym  = 1.0_wp
538
539!
540!-- Initialize near-wall mixing length l_wall only in the vertical direction
541!-- for the moment,
542!-- multiplication with wall_adjustment_factor near the end of this routine
543    l_wall(nzb,:,:)   = l_grid(1)
544    DO  k = nzb+1, nzt
545       l_wall(k,:,:)  = l_grid(k)
546    ENDDO
547    l_wall(nzt+1,:,:) = l_grid(nzt)
548
549    ALLOCATE ( vertical_influence(nzb:nzt) )
550    DO  k = 1, nzt
551       vertical_influence(k) = MIN ( INT( l_grid(k) / &
552                     ( wall_adjustment_factor * dzw(k) ) + 0.5_wp ), nzt - k )
553    ENDDO
554
555    DO  k = 1, MAXVAL( nzb_s_inner )
556       IF ( l_grid(k) > 1.5_wp * dx * wall_adjustment_factor .OR.  &
557            l_grid(k) > 1.5_wp * dy * wall_adjustment_factor )  THEN
558          WRITE( message_string, * ) 'grid anisotropy exceeds ', &
559                                     'threshold given by only local', &
560                                     ' &horizontal reduction of near_wall ', &
561                                     'mixing length l_wall', &
562                                     ' &starting from height level k = ', k, '.'
563          CALL message( 'init_grid', 'PA0202', 0, 1, 0, 6, 0 )
564          EXIT
565       ENDIF
566    ENDDO
567    vertical_influence(0) = vertical_influence(1)
568
569    DO  i = nxlg, nxrg
570       DO  j = nysg, nyng
571          DO  k = nzb_s_inner(j,i) + 1, &
572                  nzb_s_inner(j,i) + vertical_influence(nzb_s_inner(j,i))
573             l_wall(k,j,i) = zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i))
574          ENDDO
575       ENDDO
576    ENDDO
577
578!
579!-- Set outer and inner index arrays for non-flat topography.
580!-- Here consistency checks concerning domain size and periodicity are
581!-- necessary.
582!-- Within this SELECT CASE structure only nzb_local is initialized
583!-- individually depending on the chosen topography type, all other index
584!-- arrays are initialized further below.
585    SELECT CASE ( TRIM( topography ) )
586
587       CASE ( 'flat' )
588!
589!--       nzb_local is required for the multigrid solver
590          nzb_local = 0
591
592       CASE ( 'single_building' )
593!
594!--       Single rectangular building, by default centered in the middle of the
595!--       total domain
596          blx = NINT( building_length_x / dx )
597          bly = NINT( building_length_y / dy )
598          bh  = MINLOC( ABS( zw - building_height ), 1 ) - 1
599          IF ( ABS( zw(bh  ) - building_height ) == &
600               ABS( zw(bh+1) - building_height )    )  bh = bh + 1
601
602          IF ( building_wall_left == 9999999.9_wp )  THEN
603             building_wall_left = ( nx + 1 - blx ) / 2 * dx
604          ENDIF
605          bxl = NINT( building_wall_left / dx )
606          bxr = bxl + blx
607
608          IF ( building_wall_south == 9999999.9_wp )  THEN
609             building_wall_south = ( ny + 1 - bly ) / 2 * dy
610          ENDIF
611          bys = NINT( building_wall_south / dy )
612          byn = bys + bly
613
614!
615!--       Building size has to meet some requirements
616          IF ( ( bxl < 1 ) .OR. ( bxr > nx-1 ) .OR. ( bxr < bxl+3 ) .OR.  &
617               ( bys < 1 ) .OR. ( byn > ny-1 ) .OR. ( byn < bys+3 ) )  THEN
618             WRITE( message_string, * ) 'inconsistent building parameters:',   &
619                                      '& bxl=', bxl, 'bxr=', bxr, 'bys=', bys, &
620                                      'byn=', byn, 'nx=', nx, 'ny=', ny
621             CALL message( 'init_grid', 'PA0203', 1, 2, 0, 6, 0 )
622          ENDIF
623
624!
625!--       Define the building.
626          nzb_local = 0
627          nzb_local(bys:byn,bxl:bxr) = bh
628
629       CASE ( 'single_street_canyon' )
630!
631!--       Single quasi-2D street canyon of infinite length in x or y direction.
632!--       The canyon is centered in the other direction by default.
633          IF ( canyon_width_x /= 9999999.9_wp )  THEN
634!
635!--          Street canyon in y direction
636             cwx = NINT( canyon_width_x / dx )
637             IF ( canyon_wall_left == 9999999.9_wp )  THEN
638                canyon_wall_left = ( nx + 1 - cwx ) / 2 * dx
639             ENDIF
640             cxl = NINT( canyon_wall_left / dx )
641             cxr = cxl + cwx
642
643          ELSEIF ( canyon_width_y /= 9999999.9_wp )  THEN
644!
645!--          Street canyon in x direction
646             cwy = NINT( canyon_width_y / dy )
647             IF ( canyon_wall_south == 9999999.9_wp )  THEN
648                canyon_wall_south = ( ny + 1 - cwy ) / 2 * dy
649             ENDIF
650             cys = NINT( canyon_wall_south / dy )
651             cyn = cys + cwy
652
653          ELSE
654             
655             message_string = 'no street canyon width given'
656             CALL message( 'init_grid', 'PA0204', 1, 2, 0, 6, 0 )
657 
658          ENDIF
659
660          ch  = MINLOC( ABS( zw - canyon_height ), 1 ) - 1
661          IF ( ABS( zw(ch  ) - canyon_height ) == &
662               ABS( zw(ch+1) - canyon_height )    )  ch = ch + 1
663
664          dp_level_ind_b = ch
665!
666!--       Street canyon size has to meet some requirements
667          IF ( canyon_width_x /= 9999999.9_wp )  THEN
668             IF ( ( cxl < 1 ) .OR. ( cxr > nx-1 ) .OR. ( cwx < 3 ) .OR.        &
669               ( ch < 3 ) )  THEN
670                WRITE( message_string, * ) 'inconsistent canyon parameters:',  &
671                                           '&cxl=', cxl, 'cxr=', cxr,          &
672                                           'cwx=', cwx,                        &
673                                           'ch=', ch, 'nx=', nx, 'ny=', ny
674                CALL message( 'init_grid', 'PA0205', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
675             ENDIF
676          ELSEIF ( canyon_width_y /= 9999999.9_wp )  THEN
677             IF ( ( cys < 1 ) .OR. ( cyn > ny-1 ) .OR. ( cwy < 3 ) .OR.        &
678               ( ch < 3 ) )  THEN
679                WRITE( message_string, * ) 'inconsistent canyon parameters:',  &
680                                           '&cys=', cys, 'cyn=', cyn,          &
681                                           'cwy=', cwy,                        &
682                                           'ch=', ch, 'nx=', nx, 'ny=', ny
683                CALL message( 'init_grid', 'PA0206', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
684             ENDIF
685          ENDIF
686          IF ( canyon_width_x /= 9999999.9_wp .AND.                            &                 
687               canyon_width_y /= 9999999.9_wp )  THEN
688             message_string = 'inconsistent canyon parameters:' //             &   
689                              '&street canyon can only be oriented' //         &
690                              '&either in x- or in y-direction'
691             CALL message( 'init_grid', 'PA0207', 1, 2, 0, 6, 0 )
692          ENDIF
693
694          nzb_local = ch
695          IF ( canyon_width_x /= 9999999.9_wp )  THEN
696             nzb_local(:,cxl+1:cxr-1) = 0
697          ELSEIF ( canyon_width_y /= 9999999.9_wp )  THEN
698             nzb_local(cys+1:cyn-1,:) = 0
699          ENDIF
700
701       CASE ( 'read_from_file' )
702
703          ALLOCATE ( topo_height(0:ny,0:nx) )
704
705          DO  ii = 0, io_blocks-1
706             IF ( ii == io_group )  THEN
707
708!
709!--             Arbitrary irregular topography data in PALM format (exactly
710!--             matching the grid size and total domain size)
711                OPEN( 90, FILE='TOPOGRAPHY_DATA'//TRIM( coupling_char ),       &
712                          STATUS='OLD', FORM='FORMATTED', ERR=10 )
713                DO  j = ny, 0, -1
714                   READ( 90, *, ERR=11, END=11 )  ( topo_height(j,i), i = 0,nx )
715                ENDDO
716
717                GOTO 12
718         
719 10             message_string = 'file TOPOGRAPHY'//TRIM( coupling_char )//    &
720                                 ' does not exist'
721                CALL message( 'init_grid', 'PA0208', 1, 2, 0, 6, 0 )
722
723 11             message_string = 'errors in file TOPOGRAPHY_DATA'//            &
724                                 TRIM( coupling_char )
725                CALL message( 'init_grid', 'PA0209', 1, 2, 0, 6, 0 )
726
727 12             CLOSE( 90 )
728
729             ENDIF
730#if defined( __parallel )
731             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
732#endif
733          ENDDO
734
735!
736!--       Calculate the index height of the topography
737          DO  i = 0, nx
738             DO  j = 0, ny
739                nzb_local(j,i) = MINLOC( ABS( zw - topo_height(j,i) ), 1 ) - 1
740                IF ( ABS( zw(nzb_local(j,i)  ) - topo_height(j,i) ) == &
741                     ABS( zw(nzb_local(j,i)+1) - topo_height(j,i) )    )  &
742                   nzb_local(j,i) = nzb_local(j,i) + 1
743             ENDDO
744          ENDDO
745
746          DEALLOCATE ( topo_height )
747!
748!--       Add cyclic boundaries (additional layers are for calculating
749!--       flag arrays needed for the multigrid sover)
750          nzb_local(-gls:-1,0:nx)     = nzb_local(ny-gls+1:ny,0:nx)
751          nzb_local(ny+1:ny+gls,0:nx) = nzb_local(0:gls-1,0:nx)
752          nzb_local(:,-gls:-1)        = nzb_local(:,nx-gls+1:nx)
753          nzb_local(:,nx+1:nx+gls)    = nzb_local(:,0:gls-1)
754
755       CASE DEFAULT
756!
757!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter topography
758!--       contains a wrong character string or if the user has defined a special
759!--       case in the user interface. There, the subroutine user_init_grid
760!--       checks which of these two conditions applies.
761          CALL user_init_grid( gls, nzb_local )
762
763    END SELECT
764!
765!-- Determine the maximum level of topography. Furthermore it is used for
766!-- steering the degradation of order of the applied advection scheme.
767!-- In case of non-cyclic lateral boundaries, the order of the advection
768!-- scheme have to be reduced up to nzt (required at the lateral boundaries).
769    nzb_max = MAXVAL( nzb_local ) + 1
770    IF ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. inflow_r .OR. outflow_r .OR.             &
771         inflow_n .OR. outflow_n .OR. inflow_s .OR. outflow_s .OR.             &
772         nest_domain )                                                         &
773    THEN
774       nzb_max = nzt
775    ENDIF
776
777!
778!-- Consistency checks and index array initialization are only required for
779!-- non-flat topography, also the initialization of topography height arrays
780!-- zu_s_inner and zw_w_inner
781    IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
782
783!
784!--    Consistency checks
785       IF ( MINVAL( nzb_local ) < 0  .OR.  MAXVAL( nzb_local ) > nz + 1 )  THEN
786          WRITE( message_string, * ) 'nzb_local values are outside the',       &
787                                'model domain',                                &
788                                '&MINVAL( nzb_local ) = ', MINVAL(nzb_local),  &
789                                '&MAXVAL( nzb_local ) = ', MAXVAL(nzb_local)
790          CALL message( 'init_grid', 'PA0210', 1, 2, 0, 6, 0 )
791       ENDIF
792
793       IF ( bc_lr == 'cyclic' )  THEN
794          IF ( ANY( nzb_local(:,-1) /= nzb_local(:,nx)   )  .OR.               &
795               ANY( nzb_local(:,0)  /= nzb_local(:,nx+1) ) )  THEN
796             message_string = 'nzb_local does not fulfill cyclic' //           &
797                              ' boundary condition in x-direction'
798             CALL message( 'init_grid', 'PA0211', 1, 2, 0, 6, 0 )
799          ENDIF
800       ENDIF
801       IF ( bc_ns == 'cyclic' )  THEN
802          IF ( ANY( nzb_local(-1,:) /= nzb_local(ny,:)   )  .OR.               &
803               ANY( nzb_local(0,:)  /= nzb_local(ny+1,:) ) )  THEN
804             message_string = 'nzb_local does not fulfill cyclic' //           &
805                              ' boundary condition in y-direction'
806             CALL message( 'init_grid', 'PA0212', 1, 2, 0, 6, 0 )
807          ENDIF
808       ENDIF
809
810       IF ( topography_grid_convention == 'cell_edge' )  THEN
811!
812!--       The array nzb_local as defined using the 'cell_edge' convention
813!--       describes the actual total size of topography which is defined at the
814!--       cell edges where u=0 on the topography walls in x-direction and v=0
815!--       on the topography walls in y-direction. However, PALM uses individual
816!--       arrays nzb_u|v|w|s_inner|outer that are based on nzb_s_inner.
817!--       Therefore, the extent of topography in nzb_local is now reduced by
818!--       1dx at the E topography walls and by 1dy at the N topography walls
819!--       to form the basis for nzb_s_inner.
820          DO  j = -gls, ny + gls
821             DO  i = -gls, nx
822                nzb_local(j,i) = MIN( nzb_local(j,i), nzb_local(j,i+1) )
823             ENDDO
824          ENDDO
825!--       apply cyclic boundary conditions in x-direction
826!(ist das erforderlich? Ursache von Seung Bus Fehler?)
827          nzb_local(:,nx+1:nx+gls) = nzb_local(:,0:gls-1)
828          DO  i = -gls, nx + gls
829             DO  j = -gls, ny
830                nzb_local(j,i) = MIN( nzb_local(j,i), nzb_local(j+1,i) )
831             ENDDO
832          ENDDO
833!--       apply cyclic boundary conditions in y-direction
834!(ist das erforderlich? Ursache von Seung Bus Fehler?)
835          nzb_local(ny+1:ny+gls,:) = nzb_local(0:gls-1,:)
836       ENDIF
837
838!
839!--    Initialize index arrays nzb_s_inner and nzb_w_inner
840       nzb_s_inner = nzb_local(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
841       nzb_w_inner = nzb_local(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
842
843!
844!--    Initialize remaining index arrays:
845!--    first pre-initialize them with nzb_s_inner...
846       nzb_u_inner = nzb_s_inner
847       nzb_u_outer = nzb_s_inner
848       nzb_v_inner = nzb_s_inner
849       nzb_v_outer = nzb_s_inner
850       nzb_w_outer = nzb_s_inner
851       nzb_s_outer = nzb_s_inner
852
853!
854!--    ...then extend pre-initialized arrays in their according directions
855!--    based on nzb_local using nzb_tmp as a temporary global index array
856
857!
858!--    nzb_s_outer:
859!--    extend nzb_local east-/westwards first, then north-/southwards
860       nzb_tmp = nzb_local(-nbgp:ny+nbgp,-nbgp:nx+nbgp)
861       DO  j = -1, ny + 1
862          DO  i = 0, nx
863             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j,i-1), nzb_local(j,i),             &
864                                 nzb_local(j,i+1) )
865          ENDDO
866       ENDDO
867       DO  i = nxl, nxr
868          DO  j = nys, nyn
869             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i),             &
870                                     nzb_tmp(j+1,i) )
871          ENDDO
872!
873!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
874!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
875          IF ( nys == 0 )  THEN
876             j = -1
877             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j+1,i), nzb_tmp(j,i) )
878          ENDIF
879          IF ( nyn == ny )  THEN
880             j = ny + 1
881             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i) )
882          ENDIF
883       ENDDO
884!
885!--    nzb_w_outer:
886!--    identical to nzb_s_outer
887       nzb_w_outer = nzb_s_outer
888
889!
890!--    nzb_u_inner:
891!--    extend nzb_local rightwards only
892       nzb_tmp = nzb_local(-nbgp:ny+nbgp,-nbgp:nx+nbgp)
893       DO  j = -1, ny + 1
894          DO  i = 0, nx + 1
895             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j,i-1), nzb_local(j,i) )
896          ENDDO
897       ENDDO
898       nzb_u_inner = nzb_tmp(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
899
900!
901!--    nzb_u_outer:
902!--    extend current nzb_tmp (nzb_u_inner) north-/southwards
903       DO  i = nxl, nxr
904          DO  j = nys, nyn
905             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i),             &
906                                     nzb_tmp(j+1,i) )
907          ENDDO
908!
909!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
910!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
911          IF ( nys == 0 )  THEN
912             j = -1
913             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j+1,i), nzb_tmp(j,i) )
914          ENDIF
915          IF ( nyn == ny )  THEN
916             j = ny + 1
917             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i) )
918          ENDIF
919       ENDDO
920
921!
922!--    nzb_v_inner:
923!--    extend nzb_local northwards only
924       nzb_tmp = nzb_local(-nbgp:ny+nbgp,-nbgp:nx+nbgp)
925       DO  i = -1, nx + 1
926          DO  j = 0, ny + 1
927             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j-1,i), nzb_local(j,i) )
928          ENDDO
929       ENDDO
930       nzb_v_inner = nzb_tmp(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
931
932!
933!--    nzb_v_outer:
934!--    extend current nzb_tmp (nzb_v_inner) right-/leftwards
935       DO  j = nys, nyn
936          DO  i = nxl, nxr
937             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i-1), nzb_tmp(j,i),             &
938                                     nzb_tmp(j,i+1) )
939          ENDDO
940!
941!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
942!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
943          IF ( nxl == 0 )  THEN
944             i = -1
945             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i+1), nzb_tmp(j,i) )
946          ENDIF
947          IF ( nxr == nx )  THEN
948             i = nx + 1
949             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i-1), nzb_tmp(j,i) )
950          ENDIF
951       ENDDO
952
953!
954!--    Exchange of lateral boundary values (parallel computers) and cyclic
955!--    boundary conditions, if applicable.
956!--    Since nzb_s_inner and nzb_w_inner are derived directly from nzb_local
957!--    they do not require exchange and are not included here.
958       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_u_inner )
959       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_u_outer )
960       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_v_inner )
961       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_v_outer )
962       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_w_outer )
963       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_s_outer )
964
965!
966!--    Allocate and set the arrays containing the topography height
967       IF ( myid == 0 )  THEN
968
969          ALLOCATE( zu_s_inner(0:nx+1,0:ny+1), zw_w_inner(0:nx+1,0:ny+1) )
970
971          DO  i = 0, nx + 1
972             DO  j = 0, ny + 1
973                zu_s_inner(i,j) = zu(nzb_local(j,i))
974                zw_w_inner(i,j) = zw(nzb_local(j,i))
975             ENDDO
976          ENDDO
977         
978       ENDIF
979!
980!--    Set flag arrays to be used for masking of grid points
981       DO  i = nxlg, nxrg
982          DO  j = nysg, nyng
983             DO  k = nzb, nzt+1
984                IF ( k <= nzb_s_inner(j,i) )  rflags_s_inner(k,j,i) = 0.0_wp
985                IF ( k <= nzb_s_inner(j,i) )  rflags_invers(j,i,k)  = 0.0_wp
986             ENDDO
987          ENDDO
988       ENDDO
989
990    ENDIF
991
992!
993!-- Set the individual index arrays which define the k index from which on
994!-- the usual finite difference form (which does not use surface fluxes) is
995!-- applied
996    IF ( constant_flux_layer  .OR.  use_surface_fluxes )  THEN
997       nzb_diff_u         = nzb_u_inner + 2
998       nzb_diff_v         = nzb_v_inner + 2
999       nzb_diff_s_inner   = nzb_s_inner + 2
1000       nzb_diff_s_outer   = nzb_s_outer + 2
1001    ELSE
1002       nzb_diff_u         = nzb_u_inner + 1
1003       nzb_diff_v         = nzb_v_inner + 1
1004       nzb_diff_s_inner   = nzb_s_inner + 1
1005       nzb_diff_s_outer   = nzb_s_outer + 1
1006    ENDIF
1007
1008!
1009!-- Calculation of wall switches and factors required by diffusion_u/v.f90 and
1010!-- for limitation of near-wall mixing length l_wall further below
1011    corner_nl = 0
1012    corner_nr = 0
1013    corner_sl = 0
1014    corner_sr = 0
1015    wall_l    = 0
1016    wall_n    = 0
1017    wall_r    = 0
1018    wall_s    = 0
1019
1020    DO  i = nxl, nxr
1021       DO  j = nys, nyn
1022!
1023!--       u-component
1024          IF ( nzb_u_outer(j,i) > nzb_u_outer(j+1,i) )  THEN
1025             wall_u(j,i) = 1.0_wp   ! north wall (location of adjacent fluid)
1026             fym(j,i)    = 0.0_wp
1027             fyp(j,i)    = 1.0_wp
1028          ELSEIF ( nzb_u_outer(j,i) > nzb_u_outer(j-1,i) )  THEN
1029             wall_u(j,i) = 1.0_wp   ! south wall (location of adjacent fluid)
1030             fym(j,i)    = 1.0_wp
1031             fyp(j,i)    = 0.0_wp
1032          ENDIF
1033!
1034!--       v-component
1035          IF ( nzb_v_outer(j,i) > nzb_v_outer(j,i+1) )  THEN
1036             wall_v(j,i) = 1.0_wp   ! rigth wall (location of adjacent fluid)
1037             fxm(j,i)    = 0.0_wp
1038             fxp(j,i)    = 1.0_wp
1039          ELSEIF ( nzb_v_outer(j,i) > nzb_v_outer(j,i-1) )  THEN
1040             wall_v(j,i) = 1.0_wp   ! left wall (location of adjacent fluid)
1041             fxm(j,i)    = 1.0_wp
1042             fxp(j,i)    = 0.0_wp
1043          ENDIF
1044!
1045!--       w-component, also used for scalars, separate arrays for shear
1046!--       production of tke
1047          IF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j+1,i) )  THEN
1048             wall_e_y(j,i) =  1.0_wp   ! north wall (location of adjacent fluid)
1049             wall_w_y(j,i) =  1.0_wp
1050             fwym(j,i)     =  0.0_wp
1051             fwyp(j,i)     =  1.0_wp
1052          ELSEIF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j-1,i) )  THEN
1053             wall_e_y(j,i) = -1.0_wp   ! south wall (location of adjacent fluid)
1054             wall_w_y(j,i) =  1.0_wp
1055             fwym(j,i)     =  1.0_wp
1056             fwyp(j,i)     =  0.0_wp
1057          ENDIF
1058          IF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j,i+1) )  THEN
1059             wall_e_x(j,i) =  1.0_wp   ! right wall (location of adjacent fluid)
1060             wall_w_x(j,i) =  1.0_wp
1061             fwxm(j,i)     =  0.0_wp
1062             fwxp(j,i)     =  1.0_wp
1063          ELSEIF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j,i-1) )  THEN
1064             wall_e_x(j,i) = -1.0_wp   ! left wall (location of adjacent fluid)
1065             wall_w_x(j,i) =  1.0_wp
1066             fwxm(j,i)     =  1.0_wp
1067             fwxp(j,i)     =  0.0_wp
1068          ENDIF
1069!
1070!--       Wall and corner locations inside buildings for limitation of
1071!--       near-wall mixing length l_wall
1072          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j+1,i) )  THEN
1073
1074             wall_n(j,i) = nzb_s_inner(j+1,i) + 1            ! North wall
1075
1076             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
1077                corner_nl(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j+1,i),  & ! Northleft corner
1078                                      nzb_s_inner(j,i-1) ) + 1
1079             ENDIF
1080
1081             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
1082                corner_nr(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j+1,i),  & ! Northright corner
1083                                      nzb_s_inner(j,i+1) ) + 1
1084             ENDIF
1085
1086          ENDIF
1087
1088          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j-1,i) )  THEN
1089
1090             wall_s(j,i) = nzb_s_inner(j-1,i) + 1            ! South wall
1091             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
1092                corner_sl(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j-1,i),  & ! Southleft corner
1093                                      nzb_s_inner(j,i-1) ) + 1
1094             ENDIF
1095
1096             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
1097                corner_sr(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j-1,i),  & ! Southright corner
1098                                      nzb_s_inner(j,i+1) ) + 1
1099             ENDIF
1100
1101          ENDIF
1102
1103          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
1104             wall_l(j,i) = nzb_s_inner(j,i-1) + 1            ! Left wall
1105          ENDIF
1106
1107          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
1108             wall_r(j,i) = nzb_s_inner(j,i+1) + 1            ! Right wall
1109          ENDIF
1110
1111       ENDDO
1112    ENDDO
1113
1114!
1115!-- Calculate wall flag arrays for the multigrid method
1116    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
1117!
1118!--    Gridpoint increment of the current level
1119       inc = 1
1120
1121       DO  l = maximum_grid_level, 1 , -1
1122
1123          nxl_l = nxl_mg(l)
1124          nxr_l = nxr_mg(l)
1125          nys_l = nys_mg(l)
1126          nyn_l = nyn_mg(l)
1127          nzt_l = nzt_mg(l)
1128
1129!
1130!--       Assign the flag level to be calculated
1131          SELECT CASE ( l )
1132             CASE ( 1 )
1133                flags => wall_flags_1
1134             CASE ( 2 )
1135                flags => wall_flags_2
1136             CASE ( 3 )
1137                flags => wall_flags_3
1138             CASE ( 4 )
1139                flags => wall_flags_4
1140             CASE ( 5 )
1141                flags => wall_flags_5
1142             CASE ( 6 )
1143                flags => wall_flags_6
1144             CASE ( 7 )
1145                flags => wall_flags_7
1146             CASE ( 8 )
1147                flags => wall_flags_8
1148             CASE ( 9 )
1149                flags => wall_flags_9
1150             CASE ( 10 )
1151                flags => wall_flags_10
1152          END SELECT
1153
1154!
1155!--       Depending on the grid level, set the respective bits in case of
1156!--       neighbouring walls
1157!--       Bit 0:  wall to the bottom
1158!--       Bit 1:  wall to the top (not realized in remaining PALM code so far)
1159!--       Bit 2:  wall to the south
1160!--       Bit 3:  wall to the north
1161!--       Bit 4:  wall to the left
1162!--       Bit 5:  wall to the right
1163!--       Bit 6:  inside building
1164
1165          flags = 0
1166
1167!
1168!--       In case of masking method, flags are not set and multigrid method
1169!--       works like FFT-solver
1170          IF ( psolver == 'multigrid' .AND. .NOT. masking_method )  THEN
1171
1172             DO  i = nxl_l-1, nxr_l+1
1173                DO  j = nys_l-1, nyn_l+1
1174                   DO  k = nzb, nzt_l+1
1175                         
1176!
1177!--                   Inside/outside building (inside building does not need
1178!--                   further tests for walls)
1179                      IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,i*inc) )  THEN
1180
1181                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 6 )
1182
1183                      ELSE
1184!
1185!--                      Bottom wall
1186                         IF ( (k-1)*inc <= nzb_local(j*inc,i*inc) )  THEN
1187                            flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 0 )
1188                         ENDIF
1189!
1190!--                      South wall
1191                         IF ( k*inc <= nzb_local((j-1)*inc,i*inc) )  THEN
1192                            flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 2 )
1193                         ENDIF
1194!
1195!--                      North wall
1196                         IF ( k*inc <= nzb_local((j+1)*inc,i*inc) )  THEN
1197                            flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 3 )
1198                         ENDIF
1199!
1200!--                      Left wall
1201                         IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,(i-1)*inc) )  THEN
1202                            flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 4 )
1203                         ENDIF
1204!
1205!--                      Right wall
1206                         IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,(i+1)*inc) )  THEN
1207                            flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 5 )
1208                         ENDIF
1209
1210                      ENDIF
1211                           
1212                   ENDDO
1213                ENDDO
1214             ENDDO
1215
1216          ENDIF
1217
1218!
1219!--       Test output of flag arrays
1220!          i = nxl_l
1221!          WRITE (9,*)  ' '
1222!          WRITE (9,*)  '*** mg level ', l, ' ***', mg_switch_to_pe0_level
1223!          WRITE (9,*)  '    inc=', inc, '  i =', nxl_l
1224!          WRITE (9,*)  '    nxl_l',nxl_l,' nxr_l=',nxr_l,' nys_l=',nys_l,' nyn_l=',nyn_l
1225!          DO  k = nzt_l+1, nzb, -1
1226!             WRITE (9,'(194(1X,I2))')  ( flags(k,j,i), j = nys_l-1, nyn_l+1 )
1227!          ENDDO
1228
1229          inc = inc * 2
1230
1231       ENDDO
1232
1233    ENDIF
1234!
1235!-- Allocate flags needed for masking walls.
1236    ALLOCATE( wall_flags_0(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
1237              wall_flags_00(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
1238    wall_flags_0  = 0
1239    wall_flags_00 = 0
1240
1241    IF ( scalar_advec == 'ws-scheme' .OR.                                      &
1242         scalar_advec == 'ws-scheme-mono' )  THEN
1243!
1244!--    Set flags to steer the degradation of the advection scheme in advec_ws
1245!--    near topography, inflow- and outflow boundaries as well as bottom and
1246!--    top of model domain. wall_flags_0 remains zero for all non-prognostic
1247!--    grid points.
1248       DO  i = nxl, nxr
1249          DO  j = nys, nyn
1250             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1251!
1252!--             scalar - x-direction
1253!--             WS1 (0), WS3 (1), WS5 (2)
1254                IF ( ( k <= nzb_s_inner(j,i+1) .OR. k <= nzb_s_inner(j,i+2)    &   
1255                  .OR. k <= nzb_s_inner(j,i-1) )                               &
1256                    .OR. ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1257                           .AND. i == nxl   )    .OR.                          &
1258                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1259                           .AND. i == nxr   ) )                                &
1260                THEN
1261                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 0 )
1262                ELSEIF ( ( k <= nzb_s_inner(j,i+3) .AND. k > nzb_s_inner(j,i+1)&
1263                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i+2)&
1264                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i-1)&
1265                         )                       .OR.                          &
1266                         ( k <= nzb_s_inner(j,i-2) .AND. k > nzb_s_inner(j,i+1)&
1267                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i+2)&
1268                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i-1)&
1269                         )                                                     &
1270                                                 .OR.                          &
1271                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1272                           .AND. i == nxr-1 )    .OR.                          &
1273                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1274                           .AND. i == nxlu  ) )                                &
1275                THEN
1276                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 1 )
1277                ELSEIF ( k > nzb_s_inner(j,i+1) .AND. k > nzb_s_inner(j,i+2)   &
1278                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i+3) .AND. k > nzb_s_inner(j,i-1)   &
1279                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i-2) )                              &
1280                THEN
1281                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 2 )
1282                ENDIF
1283!
1284!--             scalar - y-direction
1285!--             WS1 (3), WS3 (4), WS5 (5)
1286                IF ( ( k <= nzb_s_inner(j+1,i)  .OR. k <= nzb_s_inner(j+2,i)   &   
1287                                                .OR. k <= nzb_s_inner(j-1,i) ) &
1288                                                 .OR.                          &
1289                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1290                           .AND. j == nys   )    .OR.                          &
1291                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1292                           .AND. j == nyn   ) )                                &
1293                THEN
1294                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 3 )
1295!
1296!--             WS3
1297                ELSEIF ( ( k <= nzb_s_inner(j+3,i) .AND. k > nzb_s_inner(j+1,i)&
1298                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j+2,i)&
1299                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j-1,i)&
1300                         )                           .OR.                      &
1301                         ( k <= nzb_s_inner(j-2,i) .AND. k > nzb_s_inner(j+1,i)&
1302                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j+2,i)&
1303                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j-1,i)&
1304                         )                                                     &
1305                                                     .OR.                      &
1306                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1307                           .AND. j == nysv  )    .OR.                          &
1308                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1309                           .AND. j == nyn-1 ) )                                &
1310                THEN
1311                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 4 )
1312!
1313!--             WS5
1314                ELSEIF ( k > nzb_s_inner(j+1,i) .AND. k > nzb_s_inner(j+2,i)   &
1315                   .AND. k > nzb_s_inner(j+3,i) .AND. k > nzb_s_inner(j-1,i)   &
1316                   .AND. k > nzb_s_inner(j-2,i) )                              &
1317                THEN
1318                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 5 )
1319                ENDIF
1320!
1321!--             scalar - z-direction
1322!--             WS1 (6), WS3 (7), WS5 (8)
1323                flag_set = .FALSE.
1324                IF ( k == nzb_s_inner(j,i) + 1 .OR. k == nzt )  THEN
1325                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 6 )
1326                   flag_set = .TRUE.
1327                ELSEIF ( k == nzb_s_inner(j,i) + 2 .OR. k == nzt - 1 )  THEN
1328                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 7 )
1329                   flag_set = .TRUE.
1330                ELSEIF ( k > nzb_s_inner(j,i) .AND. .NOT. flag_set )  THEN
1331                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 8 )
1332                ENDIF
1333
1334             ENDDO
1335          ENDDO
1336       ENDDO
1337    ENDIF
1338
1339    IF ( momentum_advec == 'ws-scheme' )  THEN
1340!
1341!--    Set wall_flags_0 to steer the degradation of the advection scheme in advec_ws
1342!--    near topography, inflow- and outflow boundaries as well as bottom and
1343!--    top of model domain. wall_flags_0 remains zero for all non-prognostic
1344!--    grid points.
1345       DO  i = nxl, nxr
1346          DO  j = nys, nyn
1347             DO  k = nzb+1, nzt
1348!
1349!--             At first, set flags to WS1.
1350!--             Since fluxes are swapped in advec_ws.f90, this is necessary to
1351!--             in order to handle the left/south flux.
1352!--             near vertical walls.
1353                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 9 )
1354                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 12 )
1355!
1356!--             u component - x-direction
1357!--             WS1 (9), WS3 (10), WS5 (11)
1358                IF ( k <= nzb_u_inner(j,i+1)     .OR.                          &
1359                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1360                           .AND. i <= nxlu  )    .OR.                          &
1361                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1362                           .AND. i == nxr   ) )                                &
1363                THEN
1364                    wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 9 )
1365                ELSEIF ( ( k <= nzb_u_inner(j,i+2) .AND.                       &
1366                           k >  nzb_u_inner(j,i+1) ) .OR.                      &
1367                           k <= nzb_u_inner(j,i-1)                             &
1368                                                     .OR.                      &
1369                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1370                           .AND. i == nxr-1 )    .OR.                          &
1371                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1372                           .AND. i == nxlu+1) )                                &
1373                THEN
1374                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 10 )
1375!
1376!--                Clear flag for WS1
1377                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 9 )
1378                ELSEIF ( k > nzb_u_inner(j,i+1) .AND. k > nzb_u_inner(j,i+2)   &
1379                                                .AND. k > nzb_u_inner(j,i-1) ) &
1380                THEN   
1381                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 11 )
1382!
1383!--                Clear flag for WS1
1384                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 9 )
1385                ENDIF
1386!
1387!--             u component - y-direction
1388!--             WS1 (12), WS3 (13), WS5 (14)
1389                IF ( k <= nzb_u_inner(j+1,i) .OR.                              &
1390                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1391                           .AND. j == nys   )    .OR.                          &
1392                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1393                           .AND. j == nyn   ) )                                &
1394                THEN
1395                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 12 )
1396                ELSEIF ( ( k <= nzb_u_inner(j+2,i) .AND.                       &
1397                           k >  nzb_u_inner(j+1,i) ) .OR.                      &
1398                           k <= nzb_u_inner(j-1,i)                             &
1399                                                     .OR.                      &
1400                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1401                           .AND. j == nysv  )    .OR.                          &
1402                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1403                           .AND. j == nyn-1 ) )                                &
1404                THEN
1405                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 13 )
1406!
1407!--                Clear flag for WS1
1408                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 12 )
1409                ELSEIF ( k > nzb_u_inner(j+1,i) .AND. k > nzb_u_inner(j+2,i)   &
1410                                                .AND. k > nzb_u_inner(j-1,i) ) &
1411                THEN
1412                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 14 )
1413!
1414!--                Clear flag for WS1
1415                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 12 )
1416                ENDIF
1417!
1418!--             u component - z-direction
1419!--             WS1 (15), WS3 (16), WS5 (17)
1420                flag_set = .FALSE.
1421                IF ( k == nzb_u_inner(j,i) + 1 .OR. k == nzt )  THEN
1422                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 15 )
1423                   flag_set = .TRUE.
1424                ELSEIF ( k == nzb_u_inner(j,i) + 2 .OR. k == nzt - 1 )  THEN
1425                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 16 )
1426                   flag_set = .TRUE.
1427                ELSEIF ( k > nzb_u_inner(j,i) .AND. .NOT. flag_set )  THEN
1428                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 17 )
1429                ENDIF
1430
1431             ENDDO
1432          ENDDO
1433       ENDDO
1434
1435       DO  i = nxl, nxr
1436          DO  j = nys, nyn
1437             DO  k = nzb+1, nzt
1438!
1439!--             At first, set flags to WS1.
1440!--             Since fluxes are swapped in advec_ws.f90, this is necessary to
1441!--             in order to handle the left/south flux.
1442                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 18 )
1443                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 21 )
1444!
1445!--             v component - x-direction
1446!--             WS1 (18), WS3 (19), WS5 (20)
1447                IF ( k <= nzb_v_inner(j,i+1) .OR.                              &
1448                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1449                           .AND. i == nxl   )    .OR.                          &
1450                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1451                           .AND. i == nxr   ) )                                &
1452                THEN
1453                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 18 )
1454!
1455!--             WS3
1456                ELSEIF ( ( k <= nzb_v_inner(j,i+2) .AND.                       &
1457                           k >  nzb_v_inner(j,i+1) ) .OR.                      &
1458                           k <= nzb_v_inner(j,i-1)                             &
1459                                                 .OR.                          &
1460                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1461                           .AND. i == nxr-1 )    .OR.                          &
1462                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1463                           .AND. i == nxlu  ) )                                &
1464                THEN
1465                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 19 )
1466!
1467!--                Clear flag for WS1
1468                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 18 )
1469                ELSEIF ( k > nzb_v_inner(j,i+1) .AND. k > nzb_v_inner(j,i+2)   &
1470                                                .AND. k > nzb_v_inner(j,i-1) ) &
1471                THEN
1472                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 20 )
1473!
1474!--                Clear flag for WS1
1475                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 18 )
1476                ENDIF
1477!
1478!--             v component - y-direction
1479!--             WS1 (21), WS3 (22), WS5 (23)
1480                IF ( k <= nzb_v_inner(j+1,i) .OR.                              &
1481                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1482                           .AND. j <= nysv  )    .OR.                          &
1483                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1484                           .AND. j == nyn   ) )                                &
1485                THEN
1486                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 21 )
1487                ELSEIF ( ( k <= nzb_v_inner(j+2,i) .AND.                       &
1488                           k >  nzb_v_inner(j+1,i) ) .OR.                      &
1489                           k <= nzb_v_inner(j-1,i)                             &
1490                                                     .OR.                      &
1491                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1492                           .AND. j == nysv+1)    .OR.                          &
1493                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1494                           .AND. j == nyn-1 ) )                                &
1495                THEN
1496                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 22 )
1497!
1498!--                Clear flag for WS1
1499                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 21 )
1500                ELSEIF ( k > nzb_v_inner(j+1,i) .AND. k > nzb_v_inner(j+2,i)   &
1501                                                .AND. k > nzb_v_inner(j-1,i) ) &
1502                THEN
1503                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 23 )
1504!
1505!--                Clear flag for WS1
1506                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 21 )
1507                ENDIF
1508!
1509!--             v component - z-direction
1510!--             WS1 (24), WS3 (25), WS5 (26)
1511                flag_set = .FALSE.
1512                IF ( k == nzb_v_inner(j,i) + 1 .OR. k == nzt )  THEN
1513                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 24 )
1514                   flag_set = .TRUE.
1515                ELSEIF ( k == nzb_v_inner(j,i) + 2 .OR. k == nzt - 1 )  THEN
1516                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 25 )
1517                   flag_set = .TRUE.
1518                ELSEIF ( k > nzb_v_inner(j,i) .AND. .NOT. flag_set )  THEN
1519                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 26 )
1520                ENDIF
1521
1522             ENDDO
1523          ENDDO
1524       ENDDO
1525       DO  i = nxl, nxr
1526          DO  j = nys, nyn
1527             DO  k = nzb+1, nzt
1528!
1529!--             At first, set flags to WS1.
1530!--             Since fluxes are swapped in advec_ws.f90, this is necessary to
1531!--             in order to handle the left/south flux.
1532                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 27 )
1533                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 30 )
1534!
1535!--             w component - x-direction
1536!--             WS1 (27), WS3 (28), WS5 (29)
1537                IF ( k <= nzb_w_inner(j,i+1) .OR.                              &
1538                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1539                           .AND. i == nxl   )    .OR.                          &
1540                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1541                           .AND. i == nxr   ) )                                &
1542                THEN
1543                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 27 )
1544                ELSEIF ( ( k <= nzb_w_inner(j,i+2) .AND.                       &
1545                           k >  nzb_w_inner(j,i+1) ) .OR.                      &
1546                           k <= nzb_w_inner(j,i-1)                             &
1547                                                     .OR.                      &
1548                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1549                           .AND. i == nxr-1 )    .OR.                          &
1550                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1551                           .AND. i == nxlu  ) )                                &
1552                THEN
1553                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 28 )
1554!
1555!--                Clear flag for WS1
1556                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 27 )
1557                ELSEIF ( k > nzb_w_inner(j,i+1) .AND. k > nzb_w_inner(j,i+2)   &
1558                                                .AND. k > nzb_w_inner(j,i-1) ) &
1559                THEN
1560                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i),29 )
1561!
1562!--                Clear flag for WS1
1563                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 27 )
1564                ENDIF
1565!
1566!--             w component - y-direction
1567!--             WS1 (30), WS3 (31), WS5 (32)
1568                IF ( k <= nzb_w_inner(j+1,i) .OR.                              &
1569                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1570                           .AND. j == nys   )    .OR.                          &
1571                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1572                           .AND. j == nyn   ) )                                &
1573                THEN
1574                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 30 )
1575                ELSEIF ( ( k <= nzb_w_inner(j+2,i) .AND.                       &
1576                           k >  nzb_w_inner(j+1,i) ) .OR.                      &
1577                           k <= nzb_w_inner(j-1,i)                             &
1578                                                     .OR.                      &
1579                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1580                           .AND. j == nysv  )    .OR.                          &
1581                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1582                           .AND. j == nyn-1 ) )                                &
1583                THEN
1584                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 31 )
1585!
1586!--                Clear flag for WS1
1587                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 30 )
1588                ELSEIF ( k > nzb_w_inner(j+1,i) .AND. k > nzb_w_inner(j+2,i)   &
1589                                                .AND. k > nzb_w_inner(j-1,i) ) &
1590                THEN
1591                   wall_flags_00(k,j,i) = IBSET( wall_flags_00(k,j,i), 0 )
1592!
1593!--                Clear flag for WS1
1594                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 30 )
1595                ENDIF
1596!
1597!--             w component - z-direction
1598!--             WS1 (33), WS3 (34), WS5 (35)
1599                flag_set = .FALSE.
1600                IF ( k == nzb_w_inner(j,i) .OR. k == nzb_w_inner(j,i) + 1      &
1601                                           .OR. k == nzt )  THEN
1602!
1603!--                Please note, at k == nzb_w_inner(j,i) a flag is explictely
1604!--                set, although this is not a prognostic level. However,
1605!--                contrary to the advection of u,v and s this is necessary
1606!--                because flux_t(nzb_w_inner(j,i)) is used for the tendency
1607!--                at k == nzb_w_inner(j,i)+1.
1608                   wall_flags_00(k,j,i) = IBSET( wall_flags_00(k,j,i), 1 )
1609                   flag_set = .TRUE.
1610                ELSEIF ( k == nzb_w_inner(j,i) + 2 .OR. k == nzt - 1 )  THEN
1611                   wall_flags_00(k,j,i) = IBSET( wall_flags_00(k,j,i), 2 )
1612                   flag_set = .TRUE.
1613                ELSEIF ( k > nzb_w_inner(j,i) .AND. .NOT. flag_set )  THEN
1614                   wall_flags_00(k,j,i) = IBSET( wall_flags_00(k,j,i), 3 )
1615                ENDIF
1616
1617             ENDDO
1618          ENDDO
1619       ENDDO
1620
1621    ENDIF
1622
1623!
1624!-- Exchange 3D integer wall_flags.
1625    IF ( momentum_advec == 'ws-scheme' .OR. scalar_advec == 'ws-scheme'     &
1626    .OR. scalar_advec == 'ws-scheme-mono' )  THEN 
1627!
1628!--    Exchange ghost points for advection flags
1629       CALL exchange_horiz_int( wall_flags_0,  nbgp )
1630       CALL exchange_horiz_int( wall_flags_00, nbgp )
1631!
1632!--    Set boundary flags at inflow and outflow boundary in case of
1633!--    non-cyclic boundary conditions.
1634       IF ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )  THEN
1635          wall_flags_0(:,:,nxl-1)  = wall_flags_0(:,:,nxl)
1636          wall_flags_00(:,:,nxl-1) = wall_flags_00(:,:,nxl)
1637       ENDIF
1638
1639       IF ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )  THEN
1640          wall_flags_0(:,:,nxr+1)  = wall_flags_0(:,:,nxr)
1641          wall_flags_00(:,:,nxr+1) = wall_flags_00(:,:,nxr)
1642       ENDIF
1643
1644       IF ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )  THEN
1645          wall_flags_0(:,nyn+1,:)  = wall_flags_0(:,nyn,:)
1646          wall_flags_00(:,nyn+1,:) = wall_flags_00(:,nyn,:)
1647       ENDIF
1648
1649       IF ( inflow_s .OR. outflow_s  .OR. nest_bound_s )  THEN
1650          wall_flags_0(:,nys-1,:)  = wall_flags_0(:,nys,:)
1651          wall_flags_00(:,nys-1,:) = wall_flags_00(:,nys,:)
1652       ENDIF
1653
1654    ENDIF
1655
1656!
1657!-- In case of topography: limit near-wall mixing length l_wall further:
1658!-- Go through all points of the subdomain one by one and look for the closest
1659!-- surface
1660    IF ( TRIM(topography) /= 'flat' )  THEN
1661       DO  i = nxl, nxr
1662          DO  j = nys, nyn
1663
1664             nzb_si = nzb_s_inner(j,i)
1665             vi     = vertical_influence(nzb_si)
1666
1667             IF ( wall_n(j,i) > 0 )  THEN
1668!
1669!--             North wall (y distance)
1670                DO  k = wall_n(j,i), nzb_si
1671                   l_wall(k,j+1,i) = MIN( l_wall(k,j+1,i), 0.5_wp * dy )
1672                ENDDO
1673!
1674!--             Above North wall (yz distance)
1675                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1676                   l_wall(k,j+1,i) = MIN( l_wall(k,j+1,i),                     &
1677                                          SQRT( 0.25_wp * dy**2 +              &
1678                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1679                ENDDO
1680!
1681!--             Northleft corner (xy distance)
1682                IF ( corner_nl(j,i) > 0 )  THEN
1683                   DO  k = corner_nl(j,i), nzb_si
1684                      l_wall(k,j+1,i-1) = MIN( l_wall(k,j+1,i-1), &
1685                                               0.5_wp * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
1686                   ENDDO
1687!
1688!--                Above Northleft corner (xyz distance)
1689                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1690                      l_wall(k,j+1,i-1) = MIN( l_wall(k,j+1,i-1),              &
1691                                            SQRT( 0.25_wp * (dx**2 + dy**2) +  &
1692                                            ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1693                   ENDDO
1694                ENDIF
1695!
1696!--             Northright corner (xy distance)
1697                IF ( corner_nr(j,i) > 0 )  THEN
1698                   DO  k = corner_nr(j,i), nzb_si
1699                       l_wall(k,j+1,i+1) = MIN( l_wall(k,j+1,i+1),             &
1700                                                0.5_wp * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
1701                   ENDDO
1702!
1703!--                Above northright corner (xyz distance)
1704                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1705                      l_wall(k,j+1,i+1) = MIN( l_wall(k,j+1,i+1),              &
1706                                            SQRT( 0.25_wp * (dx**2 + dy**2) +  &
1707                                            ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1708                   ENDDO
1709                ENDIF
1710             ENDIF
1711
1712             IF ( wall_s(j,i) > 0 )  THEN
1713!
1714!--             South wall (y distance)
1715                DO  k = wall_s(j,i), nzb_si
1716                   l_wall(k,j-1,i) = MIN( l_wall(k,j-1,i), 0.5_wp * dy )
1717                ENDDO
1718!
1719!--             Above south wall (yz distance)
1720                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1721                   l_wall(k,j-1,i) = MIN( l_wall(k,j-1,i),                     &
1722                                          SQRT( 0.25_wp * dy**2 +              &
1723                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1724                ENDDO
1725!
1726!--             Southleft corner (xy distance)
1727                IF ( corner_sl(j,i) > 0 )  THEN
1728                   DO  k = corner_sl(j,i), nzb_si
1729                      l_wall(k,j-1,i-1) = MIN( l_wall(k,j-1,i-1),              &
1730                                               0.5_wp * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
1731                   ENDDO
1732!
1733!--                Above southleft corner (xyz distance)
1734                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1735                      l_wall(k,j-1,i-1) = MIN( l_wall(k,j-1,i-1),              &
1736                                            SQRT( 0.25_wp * (dx**2 + dy**2) +  &
1737                                            ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1738                   ENDDO
1739                ENDIF
1740!
1741!--             Southright corner (xy distance)
1742                IF ( corner_sr(j,i) > 0 )  THEN
1743                   DO  k = corner_sr(j,i), nzb_si
1744                      l_wall(k,j-1,i+1) = MIN( l_wall(k,j-1,i+1),              &
1745                                               0.5_wp * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
1746                   ENDDO
1747!
1748!--                Above southright corner (xyz distance)
1749                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1750                      l_wall(k,j-1,i+1) = MIN( l_wall(k,j-1,i+1),              &
1751                                            SQRT( 0.25_wp * (dx**2 + dy**2) +  &
1752                                            ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1753                   ENDDO
1754                ENDIF
1755
1756             ENDIF
1757
1758             IF ( wall_l(j,i) > 0 )  THEN
1759!
1760!--             Left wall (x distance)
1761                DO  k = wall_l(j,i), nzb_si
1762                   l_wall(k,j,i-1) = MIN( l_wall(k,j,i-1), 0.5_wp * dx )
1763                ENDDO
1764!
1765!--             Above left wall (xz distance)
1766                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1767                   l_wall(k,j,i-1) = MIN( l_wall(k,j,i-1),                     &
1768                                       SQRT( 0.25_wp * dx**2 +                 &
1769                                       ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1770                ENDDO
1771             ENDIF
1772
1773             IF ( wall_r(j,i) > 0 )  THEN
1774!
1775!--             Right wall (x distance)
1776                DO  k = wall_r(j,i), nzb_si
1777                   l_wall(k,j,i+1) = MIN( l_wall(k,j,i+1), 0.5_wp * dx )
1778                ENDDO
1779!
1780!--             Above right wall (xz distance)
1781                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1782                   l_wall(k,j,i+1) = MIN( l_wall(k,j,i+1),                     &
1783                                          SQRT( 0.25_wp * dx**2 +              &
1784                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1785                ENDDO
1786
1787             ENDIF
1788
1789          ENDDO
1790       ENDDO
1791
1792    ENDIF
1793
1794!
1795!-- Multiplication with wall_adjustment_factor
1796    l_wall = wall_adjustment_factor * l_wall
1797
1798!
1799!-- Set lateral boundary conditions for l_wall
1800    CALL exchange_horiz( l_wall, nbgp )
1801
1802    DEALLOCATE( corner_nl, corner_nr, corner_sl, corner_sr, nzb_local, &
1803                nzb_tmp, vertical_influence, wall_l, wall_n, wall_r, wall_s )
1804
1805
1806 END SUBROUTINE init_grid
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.