source: palm/trunk/SOURCE/init_grid.f90 @ 1911

Last change on this file since 1911 was 1911, checked in by raasch, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 76.2 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 1911 2016-05-26 06:55:16Z raasch $
26!
27! 1910 2016-05-26 06:49:46Z raasch
28! Bugfix: if topography is read from file, Neumann conditions are used for the
29! nzb_local array (instead of cyclic conditions) in case that non-cyclic
30! boundary conditions are switched on for the run
31!
32! 1902 2016-05-09 11:18:56Z suehring
33! Set topography flags for multigrid solver only (not for multigrid_fast)
34!
35! 1886 2016-04-21 11:20:47Z suehring
36! Bugfix: setting advection flags near walls
37! reformulated index values for nzb_v_inner
38! variable discriptions added in declaration block
39!
40! 1845 2016-04-08 08:29:13Z raasch
41! nzb_2d removed
42!
43! 1804 2016-04-05 16:30:18Z maronga
44! Removed code for parameter file check (__check)
45!
46! 1779 2016-03-03 08:01:28Z raasch
47! coupling_char is trimmed at every place it occurs, because it can have
48! different length now
49!
50! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
51! Introduction of nested domain feature
52!
53! 1743 2016-01-13 10:23:51Z raasch
54! Bugfix for calculation of nzb_s_outer and nzb_u_outer at north boundary of
55! total domain
56!
57! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
58! Renamed prandtl_layer to constant_flux_layer.
59!
60! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
61! Code annotations made doxygen readable
62!
63! 1677 2015-10-02 13:25:23Z boeske
64! Bugfix: Ghost points are included in wall_flags_0 and wall_flags_00
65!
66! 1675 2015-10-02 08:28:59Z gronemeier
67! Bugfix: Definition of topography grid levels
68!
69! 1660 2015-09-21 08:15:16Z gronemeier
70! Bugfix: Definition of topography grid levels if vertical grid stretching
71!         starts below the maximum topography height.
72!
73! 1580 2015-04-10 13:43:49Z suehring
74! Bugfix: setting flags for 5th order scheme near buildings
75!
76! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
77! adjustments for psolver-queries
78!
79! 1557 2015-03-05 16:43:04Z suehring
80! Adjustment for monotoinic limiter
81!
82! 1418 2014-06-06 13:05:08Z fricke
83! Bugfix: Change if-condition for stretched grid in the ocean, with the old
84!          condition and a negative value for dz_stretch_level the condition
85!          was always true for the whole model domain
86!
87! 1409 2014-05-23 12:11:32Z suehring
88! Bugfix: set wall_flags_0 at inflow and outflow boundary also for i <= nxlu
89! j <= nysv
90!
91! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
92! REAL constants provided with KIND-attribute
93!
94! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
95! REAL constants defined as wp-kind
96!
97! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
98! ONLY-attribute added to USE-statements,
99! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
100! kinds are defined in new module kinds,
101! revision history before 2012 removed,
102! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
103! all variable declaration statements
104!
105! 1221 2013-09-10 08:59:13Z raasch
106! wall_flags_00 introduced to hold bits 32-63,
107! additional 3D-flag arrays for replacing the 2D-index array nzb_s_inner in
108! loops optimized for openACC (pres + flow_statistics)
109!
110! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
111! unused variables removed
112!
113! 1069 2012-11-28 16:18:43Z maronga
114! bugfix: added coupling_char to TOPOGRAPHY_DATA to allow topography in the
115!         ocean model in case of coupled runs
116!
117! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
118! code put under GPL (PALM 3.9)
119!
120! 1015 2012-09-27 09:23:24Z raasch
121! lower index for calculating wall_flags_0 set to nzb_w_inner instead of
122! nzb_w_inner+1
123!
124! 996 2012-09-07 10:41:47Z raasch
125! little reformatting
126!
127! 978 2012-08-09 08:28:32Z fricke
128! Bugfix: nzb_max is set to nzt at non-cyclic lateral boundaries
129! Bugfix: Set wall_flags_0 for inflow boundary
130!
131! 927 2012-06-06 19:15:04Z raasch
132! Wall flags are not set for multigrid method in case of masking method
133!
134! 864 2012-03-27 15:10:33Z gryschka
135! In case of ocean and Dirichlet bottom bc for u and v dzu_mg and ddzu_pres
136! were not correctly defined for k=1.
137!
138! 861 2012-03-26 14:18:34Z suehring
139! Set wall_flags_0. The array is needed for degradation in ws-scheme near walls,
140! inflow and outflow boundaries as well as near the bottom and the top of the
141! model domain.!
142! Initialization of nzb_s_inner and nzb_w_inner.
143! gls has to be at least nbgp to do not exceed the array bounds of nzb_local
144! while setting wall_flags_0
145!
146! 843 2012-02-29 15:16:21Z gryschka
147! In case of ocean and dirichlet bc for u and v at the bottom
148! the first u-level ist defined at same height as the first w-level
149!
150! 818 2012-02-08 16:11:23Z maronga
151! Bugfix: topo_height is only required if topography is used. It is thus now
152! allocated in the topography branch
153!
154! 809 2012-01-30 13:32:58Z maronga
155! Bugfix: replaced .AND. and .NOT. with && and ! in the preprocessor directives
156!
157! 807 2012-01-25 11:53:51Z maronga
158! New cpp directive "__check" implemented which is used by check_namelist_files
159!
160! Revision 1.1  1997/08/11 06:17:45  raasch
161! Initial revision (Testversion)
162!
163!
164! Description:
165! ------------
166!> Creating grid depending constants
167!------------------------------------------------------------------------------!
168 SUBROUTINE init_grid
169 
170
171    USE arrays_3d,                                                             &
172        ONLY:  dd2zu, ddzu, ddzu_pres, ddzw, dzu, dzu_mg, dzw, dzw_mg, f1_mg,  &
173               f2_mg, f3_mg, l_grid, l_wall, zu, zw
174       
175    USE control_parameters,                                                    &
176        ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, building_height, building_length_x,       &
177               building_length_y, building_wall_left, building_wall_south,     &
178               canyon_height, canyon_wall_left, canyon_wall_south,             &
179               canyon_width_x, canyon_width_y, constant_flux_layer,            &
180               coupling_char, dp_level_ind_b, dz, dz_max, dz_stretch_factor,   &
181               dz_stretch_level, dz_stretch_level_index, ibc_uv_b, io_blocks,  &
182               io_group, inflow_l, inflow_n, inflow_r, inflow_s,               &
183               masking_method, maximum_grid_level, message_string,             &
184               momentum_advec, nest_domain, nest_bound_l, nest_bound_n,        &
185               nest_bound_r, nest_bound_s, ocean, outflow_l, outflow_n,        &
186               outflow_r, outflow_s, psolver, scalar_advec, topography,        &
187               topography_grid_convention, use_surface_fluxes, use_top_fluxes, &
188               wall_adjustment_factor
189       
190    USE grid_variables,                                                        &
191        ONLY:  ddx, ddx2, ddx2_mg, ddy, ddy2, ddy2_mg, dx, dx2, dy, dy2, fwxm, &
192               fwxp, fwym, fwyp, fxm, fxp, fym, fyp, wall_e_x, wall_e_y,       &
193               wall_u, wall_v, wall_w_x, wall_w_y, zu_s_inner, zw_w_inner
194       
195    USE indices,                                                               &
196        ONLY:  flags, nbgp, nx, nxl, nxlg, nxlu, nxl_mg, nxr, nxrg, nxr_mg,    &
197               ny, nyn, nyng, nyn_mg, nys, nysv, nys_mg, nysg, nz, nzb,        &
198               nzb_diff, nzb_diff_s_inner, nzb_diff_s_outer, nzb_diff_u,       &
199               nzb_diff_v, nzb_max, nzb_s_inner, nzb_s_outer, nzb_u_inner,     &
200               nzb_u_outer, nzb_v_inner, nzb_v_outer, nzb_w_inner,             &
201               nzb_w_outer, nzt, nzt_diff, nzt_mg, rflags_invers,              &
202               rflags_s_inner, wall_flags_0, wall_flags_00, wall_flags_1,      &
203               wall_flags_10, wall_flags_2, wall_flags_3,  wall_flags_4,       &
204               wall_flags_5, wall_flags_6, wall_flags_7, wall_flags_8,         &
205               wall_flags_9
206   
207    USE kinds
208   
209    USE pegrid
210
211    IMPLICIT NONE
212
213    INTEGER(iwp) ::  bh      !< temporary vertical index of building height
214    INTEGER(iwp) ::  blx     !< grid point number of building size along x
215    INTEGER(iwp) ::  bly     !< grid point number of building size along y
216    INTEGER(iwp) ::  bxl     !< index for left building wall
217    INTEGER(iwp) ::  bxr     !< index for right building wall
218    INTEGER(iwp) ::  byn     !< index for north building wall
219    INTEGER(iwp) ::  bys     !< index for south building wall
220    INTEGER(iwp) ::  ch      !< temporary vertical index for canyon height
221    INTEGER(iwp) ::  cwx     !< grid point number of canyon size along x
222    INTEGER(iwp) ::  cwy     !< grid point number of canyon size along y
223    INTEGER(iwp) ::  cxl     !< index for left canyon wall
224    INTEGER(iwp) ::  cxr     !< index for right canyon wall
225    INTEGER(iwp) ::  cyn     !< index for north canyon wall
226    INTEGER(iwp) ::  cys     !< index for south canyon wall
227    INTEGER(iwp) ::  gls     !< number of lateral ghost points at total model
228                             !< domain boundaries required for multigrid solver
229    INTEGER(iwp) ::  i       !< index variable along x
230    INTEGER(iwp) ::  ii      !< loop variable for reading topography file
231    INTEGER(iwp) ::  inc     !< incremental parameter for coarsening grid level
232    INTEGER(iwp) ::  j       !< index variable along y
233    INTEGER(iwp) ::  k       !< index variable along z
234    INTEGER(iwp) ::  l       !< loop variable
235    INTEGER(iwp) ::  nxl_l   !< index of left PE boundary for multigrid level
236    INTEGER(iwp) ::  nxr_l   !< index of right PE boundary for multigrid level
237    INTEGER(iwp) ::  nyn_l   !< index of north PE boundary for multigrid level
238    INTEGER(iwp) ::  nys_l   !< index of south PE boundary for multigrid level
239    INTEGER(iwp) ::  nzb_si  !< dummy index for local nzb_s_inner
240    INTEGER(iwp) ::  nzt_l   !< index of top PE boundary for multigrid level
241    INTEGER(iwp) ::  vi      !< dummy for vertical influence
242
243    INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::                               &
244                     vertical_influence  !< number of vertical grid points above
245                                         !< obstacle where adjustment of near-
246                                         !< wall mixing length is required
247                                         
248    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  corner_nl  !< index of
249                                         !< north-left corner location to limit
250                                         !< near-wall mixing length
251    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  corner_nr  !< north-right
252    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  corner_sl  !< south-left
253    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  corner_sr  !< south-right
254    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wall_l     !< distance to
255                                                             !< adjacent left-facing
256                                                             !< wall
257    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wall_n     !< north-facing
258    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wall_r     !< right-facing
259    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  wall_s     !< right-facing
260    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  nzb_local  !< index for topography
261                                                             !< top at cell-center
262    INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  nzb_tmp    !< dummy to calculate
263                                                             !< topography indices
264                                                             !< on u- and v-grid
265
266    LOGICAL  :: flag_set = .FALSE.  !< steering variable for advection flags
267
268    REAL(wp) ::  dx_l          !< grid spacing along x on different multigrid level
269    REAL(wp) ::  dy_l          !< grid spacing along y on different multigrid level
270    REAL(wp) ::  dz_stretched  !< stretched vertical grid spacing
271
272    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  topo_height  !< input variable for
273                                                           !< topography height
274
275   
276!
277!-- Calculation of horizontal array bounds including ghost layers
278    nxlg = nxl - nbgp
279    nxrg = nxr + nbgp
280    nysg = nys - nbgp
281    nyng = nyn + nbgp
282
283!
284!-- Allocate grid arrays
285    ALLOCATE( ddzu(1:nzt+1), ddzw(1:nzt+1), dd2zu(1:nzt), dzu(1:nzt+1),        &
286              dzw(1:nzt+1), l_grid(1:nzt), zu(nzb:nzt+1), zw(nzb:nzt+1) )
287
288!
289!-- Compute height of u-levels from constant grid length and dz stretch factors
290    IF ( dz == -1.0_wp )  THEN
291       message_string = 'missing dz'
292       CALL message( 'init_grid', 'PA0200', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
293    ELSEIF ( dz <= 0.0_wp )  THEN
294       WRITE( message_string, * ) 'dz=',dz,' <= 0.0'
295       CALL message( 'init_grid', 'PA0201', 1, 2, 0, 6, 0 )
296    ENDIF
297
298!
299!-- Define the vertical grid levels
300    IF ( .NOT. ocean )  THEN
301!
302!--    Grid for atmosphere with surface at z=0 (k=0, w-grid).
303!--    The second u-level (k=1) corresponds to the top of the
304!--    Prandtl-layer.
305
306       IF ( ibc_uv_b == 0 .OR. ibc_uv_b == 2 ) THEN
307          zu(0) = 0.0_wp
308      !    zu(0) = - dz * 0.5_wp
309       ELSE
310          zu(0) = - dz * 0.5_wp
311       ENDIF
312       zu(1) =   dz * 0.5_wp
313
314       dz_stretch_level_index = nzt+1
315       dz_stretched = dz
316       DO  k = 2, nzt+1
317          IF ( dz_stretch_level <= zu(k-1)  .AND.  dz_stretched < dz_max )  THEN
318             dz_stretched = dz_stretched * dz_stretch_factor
319             dz_stretched = MIN( dz_stretched, dz_max )
320             IF ( dz_stretch_level_index == nzt+1 ) dz_stretch_level_index = k-1
321          ENDIF
322          zu(k) = zu(k-1) + dz_stretched
323       ENDDO
324
325!
326!--    Compute the w-levels. They are always staggered half-way between the
327!--    corresponding u-levels. In case of dirichlet bc for u and v at the
328!--    ground the first u- and w-level (k=0) are defined at same height (z=0).
329!--    The top w-level is extrapolated linearly.
330       zw(0) = 0.0_wp
331       DO  k = 1, nzt
332          zw(k) = ( zu(k) + zu(k+1) ) * 0.5_wp
333       ENDDO
334       zw(nzt+1) = zw(nzt) + 2.0_wp * ( zu(nzt+1) - zw(nzt) )
335
336    ELSE
337!
338!--    Grid for ocean with free water surface is at k=nzt (w-grid).
339!--    In case of neumann bc at the ground the first first u-level (k=0) lies
340!--    below the first w-level (k=0). In case of dirichlet bc the first u- and
341!--    w-level are defined at same height, but staggered from the second level.
342!--    The second u-level (k=1) corresponds to the top of the Prandtl-layer.
343       zu(nzt+1) =   dz * 0.5_wp
344       zu(nzt)   = - dz * 0.5_wp
345
346       dz_stretch_level_index = 0
347       dz_stretched = dz
348       DO  k = nzt-1, 0, -1
349!
350!--       The default value of dz_stretch_level is positive, thus the first
351!--       condition is always true. Hence, the second condition is necessary.
352          IF ( dz_stretch_level >= zu(k+1)  .AND.  dz_stretch_level <= 0.0  &
353               .AND.  dz_stretched < dz_max )  THEN
354             dz_stretched = dz_stretched * dz_stretch_factor
355             dz_stretched = MIN( dz_stretched, dz_max )
356             IF ( dz_stretch_level_index == 0 ) dz_stretch_level_index = k+1
357          ENDIF
358          zu(k) = zu(k+1) - dz_stretched
359       ENDDO
360
361!
362!--    Compute the w-levels. They are always staggered half-way between the
363!--    corresponding u-levels, except in case of dirichlet bc for u and v
364!--    at the ground. In this case the first u- and w-level are defined at
365!--    same height. The top w-level (nzt+1) is not used but set for
366!--    consistency, since w and all scalar variables are defined up tp nzt+1.
367       zw(nzt+1) = dz
368       zw(nzt)   = 0.0_wp
369       DO  k = 0, nzt
370          zw(k) = ( zu(k) + zu(k+1) ) * 0.5_wp
371       ENDDO
372
373!
374!--    In case of dirichlet bc for u and v the first u- and w-level are defined
375!--    at same height.
376       IF ( ibc_uv_b == 0 ) THEN
377          zu(0) = zw(0)
378       ENDIF
379
380    ENDIF
381
382!
383!-- Compute grid lengths.
384    DO  k = 1, nzt+1
385       dzu(k)  = zu(k) - zu(k-1)
386       ddzu(k) = 1.0_wp / dzu(k)
387       dzw(k)  = zw(k) - zw(k-1)
388       ddzw(k) = 1.0_wp / dzw(k)
389    ENDDO
390
391    DO  k = 1, nzt
392       dd2zu(k) = 1.0_wp / ( dzu(k) + dzu(k+1) )
393    ENDDO
394   
395!   
396!-- The FFT- SOR-pressure solvers assume grid spacings of a staggered grid
397!-- everywhere. For the actual grid, the grid spacing at the lowest level
398!-- is only dz/2, but should be dz. Therefore, an additional array
399!-- containing with appropriate grid information is created for these
400!-- solvers.
401    IF ( psolver(1:9) /= 'multigrid' )  THEN
402       ALLOCATE( ddzu_pres(1:nzt+1) )
403       ddzu_pres = ddzu
404       ddzu_pres(1) = ddzu_pres(2)  ! change for lowest level
405    ENDIF   
406
407!
408!-- In case of multigrid method, compute grid lengths and grid factors for the
409!-- grid levels
410    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
411
412       ALLOCATE( ddx2_mg(maximum_grid_level), ddy2_mg(maximum_grid_level), &
413                 dzu_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level),                   &
414                 dzw_mg(nzb+1:nzt+1,maximum_grid_level),                   &
415                 f1_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level),                      &
416                 f2_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level),                      &
417                 f3_mg(nzb+1:nzt,maximum_grid_level) )
418
419       dzu_mg(:,maximum_grid_level) = dzu
420!       
421!--    Next line to ensure an equally spaced grid.
422       dzu_mg(1,maximum_grid_level) = dzu(2)
423
424       dzw_mg(:,maximum_grid_level) = dzw
425       nzt_l = nzt
426       DO  l = maximum_grid_level-1, 1, -1
427           dzu_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzu_mg(nzb+1,l+1)
428           dzw_mg(nzb+1,l) = 2.0_wp * dzw_mg(nzb+1,l+1)
429           nzt_l = nzt_l / 2
430           DO  k = 2, nzt_l+1
431              dzu_mg(k,l) = dzu_mg(2*k-2,l+1) + dzu_mg(2*k-1,l+1)
432              dzw_mg(k,l) = dzw_mg(2*k-2,l+1) + dzw_mg(2*k-1,l+1)
433           ENDDO
434       ENDDO
435
436       nzt_l = nzt
437       dx_l  = dx
438       dy_l  = dy
439       DO  l = maximum_grid_level, 1, -1
440          ddx2_mg(l) = 1.0_wp / dx_l**2
441          ddy2_mg(l) = 1.0_wp / dy_l**2
442          DO  k = nzb+1, nzt_l
443             f2_mg(k,l) = 1.0_wp / ( dzu_mg(k+1,l) * dzw_mg(k,l) )
444             f3_mg(k,l) = 1.0_wp / ( dzu_mg(k,l)   * dzw_mg(k,l) )
445             f1_mg(k,l) = 2.0_wp * ( ddx2_mg(l) + ddy2_mg(l) ) + &
446                          f2_mg(k,l) + f3_mg(k,l)
447          ENDDO
448          nzt_l = nzt_l / 2
449          dx_l  = dx_l * 2.0_wp
450          dy_l  = dy_l * 2.0_wp
451       ENDDO
452
453    ENDIF
454
455!
456!-- Compute the reciprocal values of the horizontal grid lengths.
457    ddx = 1.0_wp / dx
458    ddy = 1.0_wp / dy
459    dx2 = dx * dx
460    dy2 = dy * dy
461    ddx2 = 1.0_wp / dx2
462    ddy2 = 1.0_wp / dy2
463
464!
465!-- Compute the grid-dependent mixing length.
466    DO  k = 1, nzt
467       l_grid(k)  = ( dx * dy * dzw(k) )**0.33333333333333_wp
468    ENDDO
469
470!
471!-- Allocate outer and inner index arrays for topography and set
472!-- defaults.
473!-- nzb_local has to contain additional layers of ghost points for calculating
474!-- the flag arrays needed for the multigrid method
475    gls = 2**( maximum_grid_level )
476    IF ( gls < nbgp )  gls = nbgp
477
478    ALLOCATE( corner_nl(nys:nyn,nxl:nxr), corner_nr(nys:nyn,nxl:nxr),       &
479              corner_sl(nys:nyn,nxl:nxr), corner_sr(nys:nyn,nxl:nxr),       &
480              nzb_local(-gls:ny+gls,-gls:nx+gls),                                   &
481              nzb_tmp(-nbgp:ny+nbgp,-nbgp:nx+nbgp),                         &
482              wall_l(nys:nyn,nxl:nxr), wall_n(nys:nyn,nxl:nxr),             &
483              wall_r(nys:nyn,nxl:nxr), wall_s(nys:nyn,nxl:nxr) )
484    ALLOCATE( fwxm(nysg:nyng,nxlg:nxrg), fwxp(nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
485              fwym(nysg:nyng,nxlg:nxrg), fwyp(nysg:nyng,nxlg:nxrg),         &
486              fxm(nysg:nyng,nxlg:nxrg), fxp(nysg:nyng,nxlg:nxrg),           &
487              fym(nysg:nyng,nxlg:nxrg), fyp(nysg:nyng,nxlg:nxrg),           &
488              nzb_s_inner(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
489              nzb_s_outer(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
490              nzb_u_inner(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
491              nzb_u_outer(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
492              nzb_v_inner(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
493              nzb_v_outer(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
494              nzb_w_inner(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
495              nzb_w_outer(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                             &
496              nzb_diff_s_inner(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
497              nzb_diff_s_outer(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                        &
498              nzb_diff_u(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
499              nzb_diff_v(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                              &
500              rflags_s_inner(nzb:nzt+2,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                &
501              rflags_invers(nysg:nyng,nxlg:nxrg,nzb:nzt+2),                 &
502              wall_e_x(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
503              wall_e_y(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
504              wall_u(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                  &
505              wall_v(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                  &
506              wall_w_x(nysg:nyng,nxlg:nxrg),                                &
507              wall_w_y(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
508
509
510
511    ALLOCATE( l_wall(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
512
513
514    nzb_s_inner = nzb;  nzb_s_outer = nzb
515    nzb_u_inner = nzb;  nzb_u_outer = nzb
516    nzb_v_inner = nzb;  nzb_v_outer = nzb
517    nzb_w_inner = nzb;  nzb_w_outer = nzb
518
519    rflags_s_inner = 1.0_wp
520    rflags_invers  = 1.0_wp
521
522!
523!-- Define vertical gridpoint from (or to) which on the usual finite difference
524!-- form (which does not use surface fluxes) is applied
525    IF ( constant_flux_layer  .OR.  use_surface_fluxes )  THEN
526       nzb_diff = nzb + 2
527    ELSE
528       nzb_diff = nzb + 1
529    ENDIF
530    IF ( use_top_fluxes )  THEN
531       nzt_diff = nzt - 1
532    ELSE
533       nzt_diff = nzt
534    ENDIF
535
536    nzb_diff_s_inner = nzb_diff;  nzb_diff_s_outer = nzb_diff
537    nzb_diff_u = nzb_diff;  nzb_diff_v = nzb_diff
538
539    wall_e_x = 0.0_wp;  wall_e_y = 0.0_wp;  wall_u = 0.0_wp;  wall_v = 0.0_wp
540    wall_w_x = 0.0_wp;  wall_w_y = 0.0_wp
541    fwxp = 1.0_wp;  fwxm = 1.0_wp;  fwyp = 1.0_wp;  fwym = 1.0_wp
542    fxp  = 1.0_wp;  fxm  = 1.0_wp;  fyp  = 1.0_wp;  fym  = 1.0_wp
543
544!
545!-- Initialize near-wall mixing length l_wall only in the vertical direction
546!-- for the moment,
547!-- multiplication with wall_adjustment_factor near the end of this routine
548    l_wall(nzb,:,:)   = l_grid(1)
549    DO  k = nzb+1, nzt
550       l_wall(k,:,:)  = l_grid(k)
551    ENDDO
552    l_wall(nzt+1,:,:) = l_grid(nzt)
553
554    ALLOCATE ( vertical_influence(nzb:nzt) )
555    DO  k = 1, nzt
556       vertical_influence(k) = MIN ( INT( l_grid(k) / &
557                     ( wall_adjustment_factor * dzw(k) ) + 0.5_wp ), nzt - k )
558    ENDDO
559
560    DO  k = 1, MAXVAL( nzb_s_inner )
561       IF ( l_grid(k) > 1.5_wp * dx * wall_adjustment_factor .OR.  &
562            l_grid(k) > 1.5_wp * dy * wall_adjustment_factor )  THEN
563          WRITE( message_string, * ) 'grid anisotropy exceeds ', &
564                                     'threshold given by only local', &
565                                     ' &horizontal reduction of near_wall ', &
566                                     'mixing length l_wall', &
567                                     ' &starting from height level k = ', k, '.'
568          CALL message( 'init_grid', 'PA0202', 0, 1, 0, 6, 0 )
569          EXIT
570       ENDIF
571    ENDDO
572    vertical_influence(0) = vertical_influence(1)
573
574    DO  i = nxlg, nxrg
575       DO  j = nysg, nyng
576          DO  k = nzb_s_inner(j,i) + 1, &
577                  nzb_s_inner(j,i) + vertical_influence(nzb_s_inner(j,i))
578             l_wall(k,j,i) = zu(k) - zw(nzb_s_inner(j,i))
579          ENDDO
580       ENDDO
581    ENDDO
582
583!
584!-- Set outer and inner index arrays for non-flat topography.
585!-- Here consistency checks concerning domain size and periodicity are
586!-- necessary.
587!-- Within this SELECT CASE structure only nzb_local is initialized
588!-- individually depending on the chosen topography type, all other index
589!-- arrays are initialized further below.
590    SELECT CASE ( TRIM( topography ) )
591
592       CASE ( 'flat' )
593!
594!--       nzb_local is required for the multigrid solver
595          nzb_local = 0
596
597       CASE ( 'single_building' )
598!
599!--       Single rectangular building, by default centered in the middle of the
600!--       total domain
601          blx = NINT( building_length_x / dx )
602          bly = NINT( building_length_y / dy )
603          bh  = MINLOC( ABS( zw - building_height ), 1 ) - 1
604          IF ( ABS( zw(bh  ) - building_height ) == &
605               ABS( zw(bh+1) - building_height )    )  bh = bh + 1
606
607          IF ( building_wall_left == 9999999.9_wp )  THEN
608             building_wall_left = ( nx + 1 - blx ) / 2 * dx
609          ENDIF
610          bxl = NINT( building_wall_left / dx )
611          bxr = bxl + blx
612
613          IF ( building_wall_south == 9999999.9_wp )  THEN
614             building_wall_south = ( ny + 1 - bly ) / 2 * dy
615          ENDIF
616          bys = NINT( building_wall_south / dy )
617          byn = bys + bly
618
619!
620!--       Building size has to meet some requirements
621          IF ( ( bxl < 1 ) .OR. ( bxr > nx-1 ) .OR. ( bxr < bxl+3 ) .OR.  &
622               ( bys < 1 ) .OR. ( byn > ny-1 ) .OR. ( byn < bys+3 ) )  THEN
623             WRITE( message_string, * ) 'inconsistent building parameters:',   &
624                                      '& bxl=', bxl, 'bxr=', bxr, 'bys=', bys, &
625                                      'byn=', byn, 'nx=', nx, 'ny=', ny
626             CALL message( 'init_grid', 'PA0203', 1, 2, 0, 6, 0 )
627          ENDIF
628
629!
630!--       Define the building.
631          nzb_local = 0
632          nzb_local(bys:byn,bxl:bxr) = bh
633
634       CASE ( 'single_street_canyon' )
635!
636!--       Single quasi-2D street canyon of infinite length in x or y direction.
637!--       The canyon is centered in the other direction by default.
638          IF ( canyon_width_x /= 9999999.9_wp )  THEN
639!
640!--          Street canyon in y direction
641             cwx = NINT( canyon_width_x / dx )
642             IF ( canyon_wall_left == 9999999.9_wp )  THEN
643                canyon_wall_left = ( nx + 1 - cwx ) / 2 * dx
644             ENDIF
645             cxl = NINT( canyon_wall_left / dx )
646             cxr = cxl + cwx
647
648          ELSEIF ( canyon_width_y /= 9999999.9_wp )  THEN
649!
650!--          Street canyon in x direction
651             cwy = NINT( canyon_width_y / dy )
652             IF ( canyon_wall_south == 9999999.9_wp )  THEN
653                canyon_wall_south = ( ny + 1 - cwy ) / 2 * dy
654             ENDIF
655             cys = NINT( canyon_wall_south / dy )
656             cyn = cys + cwy
657
658          ELSE
659             
660             message_string = 'no street canyon width given'
661             CALL message( 'init_grid', 'PA0204', 1, 2, 0, 6, 0 )
662 
663          ENDIF
664
665          ch  = MINLOC( ABS( zw - canyon_height ), 1 ) - 1
666          IF ( ABS( zw(ch  ) - canyon_height ) == &
667               ABS( zw(ch+1) - canyon_height )    )  ch = ch + 1
668
669          dp_level_ind_b = ch
670!
671!--       Street canyon size has to meet some requirements
672          IF ( canyon_width_x /= 9999999.9_wp )  THEN
673             IF ( ( cxl < 1 ) .OR. ( cxr > nx-1 ) .OR. ( cwx < 3 ) .OR.        &
674               ( ch < 3 ) )  THEN
675                WRITE( message_string, * ) 'inconsistent canyon parameters:',  &
676                                           '&cxl=', cxl, 'cxr=', cxr,          &
677                                           'cwx=', cwx,                        &
678                                           'ch=', ch, 'nx=', nx, 'ny=', ny
679                CALL message( 'init_grid', 'PA0205', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
680             ENDIF
681          ELSEIF ( canyon_width_y /= 9999999.9_wp )  THEN
682             IF ( ( cys < 1 ) .OR. ( cyn > ny-1 ) .OR. ( cwy < 3 ) .OR.        &
683               ( ch < 3 ) )  THEN
684                WRITE( message_string, * ) 'inconsistent canyon parameters:',  &
685                                           '&cys=', cys, 'cyn=', cyn,          &
686                                           'cwy=', cwy,                        &
687                                           'ch=', ch, 'nx=', nx, 'ny=', ny
688                CALL message( 'init_grid', 'PA0206', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
689             ENDIF
690          ENDIF
691          IF ( canyon_width_x /= 9999999.9_wp .AND.                            &                 
692               canyon_width_y /= 9999999.9_wp )  THEN
693             message_string = 'inconsistent canyon parameters:' //             &   
694                              '&street canyon can only be oriented' //         &
695                              '&either in x- or in y-direction'
696             CALL message( 'init_grid', 'PA0207', 1, 2, 0, 6, 0 )
697          ENDIF
698
699          nzb_local = ch
700          IF ( canyon_width_x /= 9999999.9_wp )  THEN
701             nzb_local(:,cxl+1:cxr-1) = 0
702          ELSEIF ( canyon_width_y /= 9999999.9_wp )  THEN
703             nzb_local(cys+1:cyn-1,:) = 0
704          ENDIF
705
706       CASE ( 'read_from_file' )
707
708          ALLOCATE ( topo_height(0:ny,0:nx) )
709
710          DO  ii = 0, io_blocks-1
711             IF ( ii == io_group )  THEN
712
713!
714!--             Arbitrary irregular topography data in PALM format (exactly
715!--             matching the grid size and total domain size)
716                OPEN( 90, FILE='TOPOGRAPHY_DATA'//TRIM( coupling_char ),       &
717                          STATUS='OLD', FORM='FORMATTED', ERR=10 )
718                DO  j = ny, 0, -1
719                   READ( 90, *, ERR=11, END=11 )  ( topo_height(j,i), i = 0,nx )
720                ENDDO
721
722                GOTO 12
723         
724 10             message_string = 'file TOPOGRAPHY'//TRIM( coupling_char )//    &
725                                 ' does not exist'
726                CALL message( 'init_grid', 'PA0208', 1, 2, 0, 6, 0 )
727
728 11             message_string = 'errors in file TOPOGRAPHY_DATA'//            &
729                                 TRIM( coupling_char )
730                CALL message( 'init_grid', 'PA0209', 1, 2, 0, 6, 0 )
731
732 12             CLOSE( 90 )
733
734             ENDIF
735#if defined( __parallel )
736             CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
737#endif
738          ENDDO
739
740!
741!--       Calculate the index height of the topography
742          DO  i = 0, nx
743             DO  j = 0, ny
744                nzb_local(j,i) = MINLOC( ABS( zw - topo_height(j,i) ), 1 ) - 1
745                IF ( ABS( zw(nzb_local(j,i)  ) - topo_height(j,i) ) == &
746                     ABS( zw(nzb_local(j,i)+1) - topo_height(j,i) )    )  &
747                   nzb_local(j,i) = nzb_local(j,i) + 1
748             ENDDO
749          ENDDO
750
751          DEALLOCATE ( topo_height )
752
753!
754!--       Add cyclic or Neumann boundary conditions (additional layers are for
755!--       calculating flag arrays needed for the multigrid sover)
756          IF ( bc_ns_cyc )  THEN
757             nzb_local(-gls:-1,0:nx)     = nzb_local(ny-gls+1:ny,0:nx)
758             nzb_local(ny+1:ny+gls,0:nx) = nzb_local(0:gls-1,0:nx)
759          ELSE
760             DO  j = -gls, -1
761                nzb_local(j,0:nx)  = nzb_local(0,0:nx)
762             ENDDO
763             DO  j = ny+1, ny+gls
764                 nzb_local(j,0:nx) = nzb_local(ny,0:nx)
765             ENDDO
766          ENDIF
767
768          IF ( bc_lr_cyc )  THEN
769             nzb_local(:,-gls:-1)     = nzb_local(:,nx-gls+1:nx)
770             nzb_local(:,nx+1:nx+gls) = nzb_local(:,0:gls-1)
771          ELSE
772             DO  i = -gls, -1
773                nzb_local(:,i) = nzb_local(:,0)
774             ENDDO
775             DO  i = nx+1, nx+gls
776                nzb_local(:,i) = nzb_local(:,nx)
777             ENDDO
778          ENDIF
779
780       CASE DEFAULT
781!
782!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter topography
783!--       contains a wrong character string or if the user has defined a special
784!--       case in the user interface. There, the subroutine user_init_grid
785!--       checks which of these two conditions applies.
786          CALL user_init_grid( gls, nzb_local )
787
788    END SELECT
789!
790!-- Determine the maximum level of topography. Furthermore it is used for
791!-- steering the degradation of order of the applied advection scheme.
792!-- In case of non-cyclic lateral boundaries, the order of the advection
793!-- scheme have to be reduced up to nzt (required at the lateral boundaries).
794    nzb_max = MAXVAL( nzb_local ) + 1
795    IF ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. inflow_r .OR. outflow_r .OR.             &
796         inflow_n .OR. outflow_n .OR. inflow_s .OR. outflow_s .OR.             &
797         nest_domain )                                                         &
798    THEN
799       nzb_max = nzt
800    ENDIF
801
802!
803!-- Consistency checks and index array initialization are only required for
804!-- non-flat topography, also the initialization of topography height arrays
805!-- zu_s_inner and zw_w_inner
806    IF ( TRIM( topography ) /= 'flat' )  THEN
807
808!
809!--    Consistency checks
810       IF ( MINVAL( nzb_local ) < 0  .OR.  MAXVAL( nzb_local ) > nz + 1 )  THEN
811          WRITE( message_string, * ) 'nzb_local values are outside the',       &
812                                'model domain',                                &
813                                '&MINVAL( nzb_local ) = ', MINVAL(nzb_local),  &
814                                '&MAXVAL( nzb_local ) = ', MAXVAL(nzb_local)
815          CALL message( 'init_grid', 'PA0210', 1, 2, 0, 6, 0 )
816       ENDIF
817
818       IF ( bc_lr_cyc )  THEN
819          IF ( ANY( nzb_local(:,-1) /= nzb_local(:,nx)   )  .OR.               &
820               ANY( nzb_local(:,0)  /= nzb_local(:,nx+1) ) )  THEN
821             message_string = 'nzb_local does not fulfill cyclic' //           &
822                              ' boundary condition in x-direction'
823             CALL message( 'init_grid', 'PA0211', 1, 2, 0, 6, 0 )
824          ENDIF
825       ENDIF
826       IF ( bc_ns_cyc )  THEN
827          IF ( ANY( nzb_local(-1,:) /= nzb_local(ny,:)   )  .OR.               &
828               ANY( nzb_local(0,:)  /= nzb_local(ny+1,:) ) )  THEN
829             message_string = 'nzb_local does not fulfill cyclic' //           &
830                              ' boundary condition in y-direction'
831             CALL message( 'init_grid', 'PA0212', 1, 2, 0, 6, 0 )
832          ENDIF
833       ENDIF
834
835       IF ( topography_grid_convention == 'cell_edge' )  THEN
836!
837!--       The array nzb_local as defined using the 'cell_edge' convention
838!--       describes the actual total size of topography which is defined at the
839!--       cell edges where u=0 on the topography walls in x-direction and v=0
840!--       on the topography walls in y-direction. However, PALM uses individual
841!--       arrays nzb_u|v|w|s_inner|outer that are based on nzb_s_inner.
842!--       Therefore, the extent of topography in nzb_local is now reduced by
843!--       1dx at the E topography walls and by 1dy at the N topography walls
844!--       to form the basis for nzb_s_inner.
845          DO  j = -gls, ny + gls
846             DO  i = -gls, nx
847                nzb_local(j,i) = MIN( nzb_local(j,i), nzb_local(j,i+1) )
848             ENDDO
849          ENDDO
850!--       apply cyclic boundary conditions in x-direction
851!(ist das erforderlich? Ursache von Seung Bus Fehler?)
852          nzb_local(:,nx+1:nx+gls) = nzb_local(:,0:gls-1)
853          DO  i = -gls, nx + gls
854             DO  j = -gls, ny
855                nzb_local(j,i) = MIN( nzb_local(j,i), nzb_local(j+1,i) )
856             ENDDO
857          ENDDO
858!--       apply cyclic boundary conditions in y-direction
859!(ist das erforderlich? Ursache von Seung Bus Fehler?)
860          nzb_local(ny+1:ny+gls,:) = nzb_local(0:gls-1,:)
861       ENDIF
862
863!
864!--    Initialize index arrays nzb_s_inner and nzb_w_inner
865       nzb_s_inner = nzb_local(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
866       nzb_w_inner = nzb_local(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
867
868!
869!--    Initialize remaining index arrays:
870!--    first pre-initialize them with nzb_s_inner...
871       nzb_u_inner = nzb_s_inner
872       nzb_u_outer = nzb_s_inner
873       nzb_v_inner = nzb_s_inner
874       nzb_v_outer = nzb_s_inner
875       nzb_w_outer = nzb_s_inner
876       nzb_s_outer = nzb_s_inner
877
878!
879!--    ...then extend pre-initialized arrays in their according directions
880!--    based on nzb_local using nzb_tmp as a temporary global index array
881
882!
883!--    nzb_s_outer:
884!--    extend nzb_local east-/westwards first, then north-/southwards
885       nzb_tmp = nzb_local(-nbgp:ny+nbgp,-nbgp:nx+nbgp)
886       DO  j = -1, ny + 1
887          DO  i = 0, nx
888             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j,i-1), nzb_local(j,i),             &
889                                 nzb_local(j,i+1) )
890          ENDDO
891       ENDDO
892       DO  i = nxl, nxr
893          DO  j = nys, nyn
894             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i),             &
895                                     nzb_tmp(j+1,i) )
896          ENDDO
897!
898!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
899!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
900          IF ( nys == 0 )  THEN
901             j = -1
902             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j+1,i), nzb_tmp(j,i) )
903          ENDIF
904          IF ( nyn == ny )  THEN
905             j = ny + 1
906             nzb_s_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i) )
907          ENDIF
908       ENDDO
909!
910!--    nzb_w_outer:
911!--    identical to nzb_s_outer
912       nzb_w_outer = nzb_s_outer
913
914!
915!--    nzb_u_inner:
916!--    extend nzb_local rightwards only
917       nzb_tmp = nzb_local(-nbgp:ny+nbgp,-nbgp:nx+nbgp)
918       DO  j = -1, ny + 1
919          DO  i = 0, nx + 1
920             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j,i-1), nzb_local(j,i) )
921          ENDDO
922       ENDDO
923       nzb_u_inner = nzb_tmp(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
924
925!
926!--    nzb_u_outer:
927!--    extend current nzb_tmp (nzb_u_inner) north-/southwards
928       DO  i = nxl, nxr
929          DO  j = nys, nyn
930             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i),             &
931                                     nzb_tmp(j+1,i) )
932          ENDDO
933!
934!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
935!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
936          IF ( nys == 0 )  THEN
937             j = -1
938             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j+1,i), nzb_tmp(j,i) )
939          ENDIF
940          IF ( nyn == ny )  THEN
941             j = ny + 1
942             nzb_u_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j-1,i), nzb_tmp(j,i) )
943          ENDIF
944       ENDDO
945
946!
947!--    nzb_v_inner:
948!--    extend nzb_local northwards only
949       nzb_tmp = nzb_local(-nbgp:ny+nbgp,-nbgp:nx+nbgp)
950       DO  i = -1, nx + 1
951          DO  j = 0, ny + 1
952             nzb_tmp(j,i) = MAX( nzb_local(j-1,i), nzb_local(j,i) )
953          ENDDO
954       ENDDO
955       nzb_v_inner = nzb_tmp(nysg:nyng,nxlg:nxrg)
956
957!
958!--    nzb_v_outer:
959!--    extend current nzb_tmp (nzb_v_inner) right-/leftwards
960       DO  j = nys, nyn
961          DO  i = nxl, nxr
962             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i-1), nzb_tmp(j,i),             &
963                                     nzb_tmp(j,i+1) )
964          ENDDO
965!
966!--       non-cyclic boundary conditions (overwritten by call of
967!--       exchange_horiz_2d_int below in case of cyclic boundary conditions)
968          IF ( nxl == 0 )  THEN
969             i = -1
970             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i+1), nzb_tmp(j,i) )
971          ENDIF
972          IF ( nxr == nx )  THEN
973             i = nx + 1
974             nzb_v_outer(j,i) = MAX( nzb_tmp(j,i-1), nzb_tmp(j,i) )
975          ENDIF
976       ENDDO
977
978!
979!--    Exchange of lateral boundary values (parallel computers) and cyclic
980!--    boundary conditions, if applicable.
981!--    Since nzb_s_inner and nzb_w_inner are derived directly from nzb_local
982!--    they do not require exchange and are not included here.
983       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_u_inner )
984       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_u_outer )
985       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_v_inner )
986       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_v_outer )
987       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_w_outer )
988       CALL exchange_horiz_2d_int( nzb_s_outer )
989
990!
991!--    Allocate and set the arrays containing the topography height
992       IF ( myid == 0 )  THEN
993
994          ALLOCATE( zu_s_inner(0:nx+1,0:ny+1), zw_w_inner(0:nx+1,0:ny+1) )
995
996          DO  i = 0, nx + 1
997             DO  j = 0, ny + 1
998                zu_s_inner(i,j) = zu(nzb_local(j,i))
999                zw_w_inner(i,j) = zw(nzb_local(j,i))
1000             ENDDO
1001          ENDDO
1002         
1003       ENDIF
1004!
1005!--    Set flag arrays to be used for masking of grid points
1006       DO  i = nxlg, nxrg
1007          DO  j = nysg, nyng
1008             DO  k = nzb, nzt+1
1009                IF ( k <= nzb_s_inner(j,i) )  rflags_s_inner(k,j,i) = 0.0_wp
1010                IF ( k <= nzb_s_inner(j,i) )  rflags_invers(j,i,k)  = 0.0_wp
1011             ENDDO
1012          ENDDO
1013       ENDDO
1014
1015    ENDIF
1016
1017!
1018!-- Set the individual index arrays which define the k index from which on
1019!-- the usual finite difference form (which does not use surface fluxes) is
1020!-- applied
1021    IF ( constant_flux_layer  .OR.  use_surface_fluxes )  THEN
1022       nzb_diff_u         = nzb_u_inner + 2
1023       nzb_diff_v         = nzb_v_inner + 2
1024       nzb_diff_s_inner   = nzb_s_inner + 2
1025       nzb_diff_s_outer   = nzb_s_outer + 2
1026    ELSE
1027       nzb_diff_u         = nzb_u_inner + 1
1028       nzb_diff_v         = nzb_v_inner + 1
1029       nzb_diff_s_inner   = nzb_s_inner + 1
1030       nzb_diff_s_outer   = nzb_s_outer + 1
1031    ENDIF
1032
1033!
1034!-- Calculation of wall switches and factors required by diffusion_u/v.f90 and
1035!-- for limitation of near-wall mixing length l_wall further below
1036    corner_nl = 0
1037    corner_nr = 0
1038    corner_sl = 0
1039    corner_sr = 0
1040    wall_l    = 0
1041    wall_n    = 0
1042    wall_r    = 0
1043    wall_s    = 0
1044
1045    DO  i = nxl, nxr
1046       DO  j = nys, nyn
1047!
1048!--       u-component
1049          IF ( nzb_u_outer(j,i) > nzb_u_outer(j+1,i) )  THEN
1050             wall_u(j,i) = 1.0_wp   ! north wall (location of adjacent fluid)
1051             fym(j,i)    = 0.0_wp
1052             fyp(j,i)    = 1.0_wp
1053          ELSEIF ( nzb_u_outer(j,i) > nzb_u_outer(j-1,i) )  THEN
1054             wall_u(j,i) = 1.0_wp   ! south wall (location of adjacent fluid)
1055             fym(j,i)    = 1.0_wp
1056             fyp(j,i)    = 0.0_wp
1057          ENDIF
1058!
1059!--       v-component
1060          IF ( nzb_v_outer(j,i) > nzb_v_outer(j,i+1) )  THEN
1061             wall_v(j,i) = 1.0_wp   ! rigth wall (location of adjacent fluid)
1062             fxm(j,i)    = 0.0_wp
1063             fxp(j,i)    = 1.0_wp
1064          ELSEIF ( nzb_v_outer(j,i) > nzb_v_outer(j,i-1) )  THEN
1065             wall_v(j,i) = 1.0_wp   ! left wall (location of adjacent fluid)
1066             fxm(j,i)    = 1.0_wp
1067             fxp(j,i)    = 0.0_wp
1068          ENDIF
1069!
1070!--       w-component, also used for scalars, separate arrays for shear
1071!--       production of tke
1072          IF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j+1,i) )  THEN
1073             wall_e_y(j,i) =  1.0_wp   ! north wall (location of adjacent fluid)
1074             wall_w_y(j,i) =  1.0_wp
1075             fwym(j,i)     =  0.0_wp
1076             fwyp(j,i)     =  1.0_wp
1077          ELSEIF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j-1,i) )  THEN
1078             wall_e_y(j,i) = -1.0_wp   ! south wall (location of adjacent fluid)
1079             wall_w_y(j,i) =  1.0_wp
1080             fwym(j,i)     =  1.0_wp
1081             fwyp(j,i)     =  0.0_wp
1082          ENDIF
1083          IF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j,i+1) )  THEN
1084             wall_e_x(j,i) =  1.0_wp   ! right wall (location of adjacent fluid)
1085             wall_w_x(j,i) =  1.0_wp
1086             fwxm(j,i)     =  0.0_wp
1087             fwxp(j,i)     =  1.0_wp
1088          ELSEIF ( nzb_w_outer(j,i) > nzb_w_outer(j,i-1) )  THEN
1089             wall_e_x(j,i) = -1.0_wp   ! left wall (location of adjacent fluid)
1090             wall_w_x(j,i) =  1.0_wp
1091             fwxm(j,i)     =  1.0_wp
1092             fwxp(j,i)     =  0.0_wp
1093          ENDIF
1094!
1095!--       Wall and corner locations inside buildings for limitation of
1096!--       near-wall mixing length l_wall
1097          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j+1,i) )  THEN
1098
1099             wall_n(j,i) = nzb_s_inner(j+1,i) + 1            ! North wall
1100
1101             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
1102                corner_nl(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j+1,i),  & ! Northleft corner
1103                                      nzb_s_inner(j,i-1) ) + 1
1104             ENDIF
1105
1106             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
1107                corner_nr(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j+1,i),  & ! Northright corner
1108                                      nzb_s_inner(j,i+1) ) + 1
1109             ENDIF
1110
1111          ENDIF
1112
1113          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j-1,i) )  THEN
1114
1115             wall_s(j,i) = nzb_s_inner(j-1,i) + 1            ! South wall
1116             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
1117                corner_sl(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j-1,i),  & ! Southleft corner
1118                                      nzb_s_inner(j,i-1) ) + 1
1119             ENDIF
1120
1121             IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
1122                corner_sr(j,i) = MAX( nzb_s_inner(j-1,i),  & ! Southright corner
1123                                      nzb_s_inner(j,i+1) ) + 1
1124             ENDIF
1125
1126          ENDIF
1127
1128          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i-1) )  THEN
1129             wall_l(j,i) = nzb_s_inner(j,i-1) + 1            ! Left wall
1130          ENDIF
1131
1132          IF ( nzb_s_inner(j,i) > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
1133             wall_r(j,i) = nzb_s_inner(j,i+1) + 1            ! Right wall
1134          ENDIF
1135
1136       ENDDO
1137    ENDDO
1138
1139!
1140!-- Calculate wall flag arrays for the multigrid method
1141    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
1142!
1143!--    Gridpoint increment of the current level
1144       inc = 1
1145
1146       DO  l = maximum_grid_level, 1 , -1
1147
1148          nxl_l = nxl_mg(l)
1149          nxr_l = nxr_mg(l)
1150          nys_l = nys_mg(l)
1151          nyn_l = nyn_mg(l)
1152          nzt_l = nzt_mg(l)
1153
1154!
1155!--       Assign the flag level to be calculated
1156          SELECT CASE ( l )
1157             CASE ( 1 )
1158                flags => wall_flags_1
1159             CASE ( 2 )
1160                flags => wall_flags_2
1161             CASE ( 3 )
1162                flags => wall_flags_3
1163             CASE ( 4 )
1164                flags => wall_flags_4
1165             CASE ( 5 )
1166                flags => wall_flags_5
1167             CASE ( 6 )
1168                flags => wall_flags_6
1169             CASE ( 7 )
1170                flags => wall_flags_7
1171             CASE ( 8 )
1172                flags => wall_flags_8
1173             CASE ( 9 )
1174                flags => wall_flags_9
1175             CASE ( 10 )
1176                flags => wall_flags_10
1177          END SELECT
1178
1179!
1180!--       Depending on the grid level, set the respective bits in case of
1181!--       neighbouring walls
1182!--       Bit 0:  wall to the bottom
1183!--       Bit 1:  wall to the top (not realized in remaining PALM code so far)
1184!--       Bit 2:  wall to the south
1185!--       Bit 3:  wall to the north
1186!--       Bit 4:  wall to the left
1187!--       Bit 5:  wall to the right
1188!--       Bit 6:  inside building
1189
1190          flags = 0
1191
1192!
1193!--       In case of masking method, flags are not set and multigrid method
1194!--       works like FFT-solver
1195          IF ( psolver == 'multigrid' .AND. .NOT. masking_method )  THEN
1196
1197             DO  i = nxl_l-1, nxr_l+1
1198                DO  j = nys_l-1, nyn_l+1
1199                   DO  k = nzb, nzt_l+1
1200                         
1201!
1202!--                   Inside/outside building (inside building does not need
1203!--                   further tests for walls)
1204                      IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,i*inc) )  THEN
1205
1206                         flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 6 )
1207
1208                      ELSE
1209!
1210!--                      Bottom wall
1211                         IF ( (k-1)*inc <= nzb_local(j*inc,i*inc) )  THEN
1212                            flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 0 )
1213                         ENDIF
1214!
1215!--                      South wall
1216                         IF ( k*inc <= nzb_local((j-1)*inc,i*inc) )  THEN
1217                            flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 2 )
1218                         ENDIF
1219!
1220!--                      North wall
1221                         IF ( k*inc <= nzb_local((j+1)*inc,i*inc) )  THEN
1222                            flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 3 )
1223                         ENDIF
1224!
1225!--                      Left wall
1226                         IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,(i-1)*inc) )  THEN
1227                            flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 4 )
1228                         ENDIF
1229!
1230!--                      Right wall
1231                         IF ( k*inc <= nzb_local(j*inc,(i+1)*inc) )  THEN
1232                            flags(k,j,i) = IBSET( flags(k,j,i), 5 )
1233                         ENDIF
1234
1235                      ENDIF
1236                           
1237                   ENDDO
1238                ENDDO
1239             ENDDO
1240
1241          ENDIF
1242
1243!
1244!--       Test output of flag arrays
1245!          i = nxl_l
1246!          WRITE (9,*)  ' '
1247!          WRITE (9,*)  '*** mg level ', l, ' ***', mg_switch_to_pe0_level
1248!          WRITE (9,*)  '    inc=', inc, '  i =', nxl_l
1249!          WRITE (9,*)  '    nxl_l',nxl_l,' nxr_l=',nxr_l,' nys_l=',nys_l,' nyn_l=',nyn_l
1250!          DO  k = nzt_l+1, nzb, -1
1251!             WRITE (9,'(194(1X,I2))')  ( flags(k,j,i), j = nys_l-1, nyn_l+1 )
1252!          ENDDO
1253
1254          inc = inc * 2
1255
1256       ENDDO
1257
1258    ENDIF
1259!
1260!-- Allocate flags needed for masking walls.
1261    ALLOCATE( wall_flags_0(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg),                     &
1262              wall_flags_00(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
1263    wall_flags_0  = 0
1264    wall_flags_00 = 0
1265
1266    IF ( scalar_advec == 'ws-scheme' .OR.                                      &
1267         scalar_advec == 'ws-scheme-mono' )  THEN
1268!
1269!--    Set flags to steer the degradation of the advection scheme in advec_ws
1270!--    near topography, inflow- and outflow boundaries as well as bottom and
1271!--    top of model domain. wall_flags_0 remains zero for all non-prognostic
1272!--    grid points.
1273       DO  i = nxl, nxr
1274          DO  j = nys, nyn
1275             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
1276!
1277!--             scalar - x-direction
1278!--             WS1 (0), WS3 (1), WS5 (2)
1279                IF ( ( k <= nzb_s_inner(j,i+1) .OR. k <= nzb_s_inner(j,i+2)    &   
1280                  .OR. k <= nzb_s_inner(j,i-1) )                               &
1281                    .OR. ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1282                           .AND. i == nxl   )    .OR.                          &
1283                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1284                           .AND. i == nxr   ) )                                &
1285                THEN
1286                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 0 )
1287                ELSEIF ( ( k <= nzb_s_inner(j,i+3) .AND. k > nzb_s_inner(j,i+1)&
1288                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i+2)&
1289                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i-1)&
1290                         )                       .OR.                          &
1291                         ( k <= nzb_s_inner(j,i-2) .AND. k > nzb_s_inner(j,i+1)&
1292                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i+2)&
1293                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i-1)&
1294                         )                                                     &
1295                                                 .OR.                          &
1296                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1297                           .AND. i == nxr-1 )    .OR.                          &
1298                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1299                           .AND. i == nxlu  ) )                                &
1300                THEN
1301                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 1 )
1302                ELSEIF ( k > nzb_s_inner(j,i+1) .AND. k > nzb_s_inner(j,i+2)   &
1303                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i+3) .AND. k > nzb_s_inner(j,i-1)   &
1304                   .AND. k > nzb_s_inner(j,i-2) )                              &
1305                THEN
1306                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 2 )
1307                ENDIF
1308!
1309!--             scalar - y-direction
1310!--             WS1 (3), WS3 (4), WS5 (5)
1311                IF ( ( k <= nzb_s_inner(j+1,i)  .OR. k <= nzb_s_inner(j+2,i)   &   
1312                                                .OR. k <= nzb_s_inner(j-1,i) ) &
1313                                                 .OR.                          &
1314                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1315                           .AND. j == nys   )    .OR.                          &
1316                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1317                           .AND. j == nyn   ) )                                &
1318                THEN
1319                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 3 )
1320!
1321!--             WS3
1322                ELSEIF ( ( k <= nzb_s_inner(j+3,i) .AND. k > nzb_s_inner(j+1,i)&
1323                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j+2,i)&
1324                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j-1,i)&
1325                         )                           .OR.                      &
1326                         ( k <= nzb_s_inner(j-2,i) .AND. k > nzb_s_inner(j+1,i)&
1327                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j+2,i)&
1328                                                   .AND. k > nzb_s_inner(j-1,i)&
1329                         )                                                     &
1330                                                     .OR.                      &
1331                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1332                           .AND. j == nysv  )    .OR.                          &
1333                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1334                           .AND. j == nyn-1 ) )                                &
1335                THEN
1336                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 4 )
1337!
1338!--             WS5
1339                ELSEIF ( k > nzb_s_inner(j+1,i) .AND. k > nzb_s_inner(j+2,i)   &
1340                   .AND. k > nzb_s_inner(j+3,i) .AND. k > nzb_s_inner(j-1,i)   &
1341                   .AND. k > nzb_s_inner(j-2,i) )                              &
1342                THEN
1343                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 5 )
1344                ENDIF
1345!
1346!--             scalar - z-direction
1347!--             WS1 (6), WS3 (7), WS5 (8)
1348                flag_set = .FALSE.
1349                IF ( k == nzb_s_inner(j,i) + 1 .OR. k == nzt )  THEN
1350                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 6 )
1351                   flag_set = .TRUE.
1352                ELSEIF ( k == nzb_s_inner(j,i) + 2 .OR. k == nzt - 1 )  THEN
1353                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 7 )
1354                   flag_set = .TRUE.
1355                ELSEIF ( k > nzb_s_inner(j,i) .AND. .NOT. flag_set )  THEN
1356                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 8 )
1357                ENDIF
1358
1359             ENDDO
1360          ENDDO
1361       ENDDO
1362    ENDIF
1363
1364    IF ( momentum_advec == 'ws-scheme' )  THEN
1365!
1366!--    Set wall_flags_0 to steer the degradation of the advection scheme in advec_ws
1367!--    near topography, inflow- and outflow boundaries as well as bottom and
1368!--    top of model domain. wall_flags_0 remains zero for all non-prognostic
1369!--    grid points.
1370       DO  i = nxl, nxr
1371          DO  j = nys, nyn
1372             DO  k = nzb+1, nzt
1373!
1374!--             At first, set flags to WS1.
1375!--             Since fluxes are swapped in advec_ws.f90, this is necessary to
1376!--             in order to handle the left/south flux.
1377!--             near vertical walls.
1378                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 9 )
1379                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 12 )
1380!
1381!--             u component - x-direction
1382!--             WS1 (9), WS3 (10), WS5 (11)
1383                IF ( k <= nzb_u_inner(j,i+1)     .OR.                          &
1384                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1385                           .AND. i <= nxlu  )    .OR.                          &
1386                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1387                           .AND. i == nxr   ) )                                &
1388                THEN
1389                    wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 9 )
1390                ELSEIF ( ( k <= nzb_u_inner(j,i+2) .AND.                       &
1391                           k >  nzb_u_inner(j,i+1) ) .OR.                      &
1392                           k <= nzb_u_inner(j,i-1)                             &
1393                                                     .OR.                      &
1394                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1395                           .AND. i == nxr-1 )    .OR.                          &
1396                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1397                           .AND. i == nxlu+1) )                                &
1398                THEN
1399                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 10 )
1400!
1401!--                Clear flag for WS1
1402                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 9 )
1403                ELSEIF ( k > nzb_u_inner(j,i+1) .AND. k > nzb_u_inner(j,i+2)   &
1404                                                .AND. k > nzb_u_inner(j,i-1) ) &
1405                THEN   
1406                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 11 )
1407!
1408!--                Clear flag for WS1
1409                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 9 )
1410                ENDIF
1411!
1412!--             u component - y-direction
1413!--             WS1 (12), WS3 (13), WS5 (14)
1414                IF ( k <= nzb_u_inner(j+1,i) .OR.                              &
1415                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1416                           .AND. j == nys   )    .OR.                          &
1417                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1418                           .AND. j == nyn   ) )                                &
1419                THEN
1420                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 12 )
1421                ELSEIF ( ( k <= nzb_u_inner(j+2,i) .AND.                       &
1422                           k >  nzb_u_inner(j+1,i) ) .OR.                      &
1423                           k <= nzb_u_inner(j-1,i)                             &
1424                                                     .OR.                      &
1425                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1426                           .AND. j == nysv  )    .OR.                          &
1427                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1428                           .AND. j == nyn-1 ) )                                &
1429                THEN
1430                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 13 )
1431!
1432!--                Clear flag for WS1
1433                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 12 )
1434                ELSEIF ( k > nzb_u_inner(j+1,i) .AND. k > nzb_u_inner(j+2,i)   &
1435                                                .AND. k > nzb_u_inner(j-1,i) ) &
1436                THEN
1437                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 14 )
1438!
1439!--                Clear flag for WS1
1440                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 12 )
1441                ENDIF
1442!
1443!--             u component - z-direction
1444!--             WS1 (15), WS3 (16), WS5 (17)
1445                flag_set = .FALSE.
1446                IF ( k == nzb_u_inner(j,i) + 1 .OR. k == nzt )  THEN
1447                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 15 )
1448                   flag_set = .TRUE.
1449                ELSEIF ( k == nzb_u_inner(j,i) + 2 .OR. k == nzt - 1 )  THEN
1450                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 16 )
1451                   flag_set = .TRUE.
1452                ELSEIF ( k > nzb_u_inner(j,i) .AND. .NOT. flag_set )  THEN
1453                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 17 )
1454                ENDIF
1455
1456             ENDDO
1457          ENDDO
1458       ENDDO
1459
1460       DO  i = nxl, nxr
1461          DO  j = nys, nyn
1462             DO  k = nzb+1, nzt
1463!
1464!--             At first, set flags to WS1.
1465!--             Since fluxes are swapped in advec_ws.f90, this is necessary to
1466!--             in order to handle the left/south flux.
1467                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 18 )
1468                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 21 )
1469!
1470!--             v component - x-direction
1471!--             WS1 (18), WS3 (19), WS5 (20)
1472                IF ( k <= nzb_v_inner(j,i+1) .OR.                              &
1473                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1474                           .AND. i == nxl   )    .OR.                          &
1475                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1476                           .AND. i == nxr   ) )                                &
1477                THEN
1478                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 18 )
1479!
1480!--             WS3
1481                ELSEIF ( ( k <= nzb_v_inner(j,i+2) .AND.                       &
1482                           k >  nzb_v_inner(j,i+1) ) .OR.                      &
1483                           k <= nzb_v_inner(j,i-1)                             &
1484                                                 .OR.                          &
1485                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1486                           .AND. i == nxr-1 )    .OR.                          &
1487                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1488                           .AND. i == nxlu  ) )                                &
1489                THEN
1490                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 19 )
1491!
1492!--                Clear flag for WS1
1493                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 18 )
1494                ELSEIF ( k > nzb_v_inner(j,i+1) .AND. k > nzb_v_inner(j,i+2)   &
1495                                                .AND. k > nzb_v_inner(j,i-1) ) &
1496                THEN
1497                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 20 )
1498!
1499!--                Clear flag for WS1
1500                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 18 )
1501                ENDIF
1502!
1503!--             v component - y-direction
1504!--             WS1 (21), WS3 (22), WS5 (23)
1505                IF ( k <= nzb_v_inner(j+1,i) .OR.                              &
1506                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1507                           .AND. j <= nysv  )    .OR.                          &
1508                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1509                           .AND. j == nyn   ) )                                &
1510                THEN
1511                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 21 )
1512                ELSEIF ( ( k <= nzb_v_inner(j+2,i) .AND.                       &
1513                           k >  nzb_v_inner(j+1,i) ) .OR.                      &
1514                           k <= nzb_v_inner(j-1,i)                             &
1515                                                     .OR.                      &
1516                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1517                           .AND. j == nysv+1)    .OR.                          &
1518                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1519                           .AND. j == nyn-1 ) )                                &
1520                THEN
1521                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 22 )
1522!
1523!--                Clear flag for WS1
1524                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 21 )
1525                ELSEIF ( k > nzb_v_inner(j+1,i) .AND. k > nzb_v_inner(j+2,i)   &
1526                                                .AND. k > nzb_v_inner(j-1,i) ) &
1527                THEN
1528                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 23 )
1529!
1530!--                Clear flag for WS1
1531                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 21 )
1532                ENDIF
1533!
1534!--             v component - z-direction
1535!--             WS1 (24), WS3 (25), WS5 (26)
1536                flag_set = .FALSE.
1537                IF ( k == nzb_v_inner(j,i) + 1 .OR. k == nzt )  THEN
1538                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 24 )
1539                   flag_set = .TRUE.
1540                ELSEIF ( k == nzb_v_inner(j,i) + 2 .OR. k == nzt - 1 )  THEN
1541                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 25 )
1542                   flag_set = .TRUE.
1543                ELSEIF ( k > nzb_v_inner(j,i) .AND. .NOT. flag_set )  THEN
1544                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 26 )
1545                ENDIF
1546
1547             ENDDO
1548          ENDDO
1549       ENDDO
1550       DO  i = nxl, nxr
1551          DO  j = nys, nyn
1552             DO  k = nzb+1, nzt
1553!
1554!--             At first, set flags to WS1.
1555!--             Since fluxes are swapped in advec_ws.f90, this is necessary to
1556!--             in order to handle the left/south flux.
1557                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 27 )
1558                wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 30 )
1559!
1560!--             w component - x-direction
1561!--             WS1 (27), WS3 (28), WS5 (29)
1562                IF ( k <= nzb_w_inner(j,i+1) .OR.                              &
1563                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1564                           .AND. i == nxl   )    .OR.                          &
1565                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1566                           .AND. i == nxr   ) )                                &
1567                THEN
1568                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 27 )
1569                ELSEIF ( ( k <= nzb_w_inner(j,i+2) .AND.                       &
1570                           k >  nzb_w_inner(j,i+1) ) .OR.                      &
1571                           k <= nzb_w_inner(j,i-1)                             &
1572                                                     .OR.                      &
1573                         ( ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )       &
1574                           .AND. i == nxr-1 )    .OR.                          &
1575                         ( ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )       &
1576                           .AND. i == nxlu  ) )                                &
1577                THEN
1578                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 28 )
1579!
1580!--                Clear flag for WS1
1581                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 27 )
1582                ELSEIF ( k > nzb_w_inner(j,i+1) .AND. k > nzb_w_inner(j,i+2)   &
1583                                                .AND. k > nzb_w_inner(j,i-1) ) &
1584                THEN
1585                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i),29 )
1586!
1587!--                Clear flag for WS1
1588                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 27 )
1589                ENDIF
1590!
1591!--             w component - y-direction
1592!--             WS1 (30), WS3 (31), WS5 (32)
1593                IF ( k <= nzb_w_inner(j+1,i) .OR.                              &
1594                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1595                           .AND. j == nys   )    .OR.                          &
1596                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1597                           .AND. j == nyn   ) )                                &
1598                THEN
1599                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 30 )
1600                ELSEIF ( ( k <= nzb_w_inner(j+2,i) .AND.                       &
1601                           k >  nzb_w_inner(j+1,i) ) .OR.                      &
1602                           k <= nzb_w_inner(j-1,i)                             &
1603                                                     .OR.                      &
1604                         ( ( inflow_s .OR. outflow_s .OR. nest_bound_s )       &
1605                           .AND. j == nysv  )    .OR.                          &
1606                         ( ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )       &
1607                           .AND. j == nyn-1 ) )                                &
1608                THEN
1609                   wall_flags_0(k,j,i) = IBSET( wall_flags_0(k,j,i), 31 )
1610!
1611!--                Clear flag for WS1
1612                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 30 )
1613                ELSEIF ( k > nzb_w_inner(j+1,i) .AND. k > nzb_w_inner(j+2,i)   &
1614                                                .AND. k > nzb_w_inner(j-1,i) ) &
1615                THEN
1616                   wall_flags_00(k,j,i) = IBSET( wall_flags_00(k,j,i), 0 )
1617!
1618!--                Clear flag for WS1
1619                   wall_flags_0(k,j,i) = IBCLR( wall_flags_0(k,j,i), 30 )
1620                ENDIF
1621!
1622!--             w component - z-direction
1623!--             WS1 (33), WS3 (34), WS5 (35)
1624                flag_set = .FALSE.
1625                IF ( k == nzb_w_inner(j,i) .OR. k == nzb_w_inner(j,i) + 1      &
1626                                           .OR. k == nzt )  THEN
1627!
1628!--                Please note, at k == nzb_w_inner(j,i) a flag is explictely
1629!--                set, although this is not a prognostic level. However,
1630!--                contrary to the advection of u,v and s this is necessary
1631!--                because flux_t(nzb_w_inner(j,i)) is used for the tendency
1632!--                at k == nzb_w_inner(j,i)+1.
1633                   wall_flags_00(k,j,i) = IBSET( wall_flags_00(k,j,i), 1 )
1634                   flag_set = .TRUE.
1635                ELSEIF ( k == nzb_w_inner(j,i) + 2 .OR. k == nzt - 1 )  THEN
1636                   wall_flags_00(k,j,i) = IBSET( wall_flags_00(k,j,i), 2 )
1637                   flag_set = .TRUE.
1638                ELSEIF ( k > nzb_w_inner(j,i) .AND. .NOT. flag_set )  THEN
1639                   wall_flags_00(k,j,i) = IBSET( wall_flags_00(k,j,i), 3 )
1640                ENDIF
1641
1642             ENDDO
1643          ENDDO
1644       ENDDO
1645
1646    ENDIF
1647
1648!
1649!-- Exchange 3D integer wall_flags.
1650    IF ( momentum_advec == 'ws-scheme' .OR. scalar_advec == 'ws-scheme'     &
1651    .OR. scalar_advec == 'ws-scheme-mono' )  THEN 
1652!
1653!--    Exchange ghost points for advection flags
1654       CALL exchange_horiz_int( wall_flags_0,  nbgp )
1655       CALL exchange_horiz_int( wall_flags_00, nbgp )
1656!
1657!--    Set boundary flags at inflow and outflow boundary in case of
1658!--    non-cyclic boundary conditions.
1659       IF ( inflow_l .OR. outflow_l .OR. nest_bound_l )  THEN
1660          wall_flags_0(:,:,nxl-1)  = wall_flags_0(:,:,nxl)
1661          wall_flags_00(:,:,nxl-1) = wall_flags_00(:,:,nxl)
1662       ENDIF
1663
1664       IF ( inflow_r .OR. outflow_r .OR. nest_bound_r )  THEN
1665          wall_flags_0(:,:,nxr+1)  = wall_flags_0(:,:,nxr)
1666          wall_flags_00(:,:,nxr+1) = wall_flags_00(:,:,nxr)
1667       ENDIF
1668
1669       IF ( inflow_n .OR. outflow_n .OR. nest_bound_n )  THEN
1670          wall_flags_0(:,nyn+1,:)  = wall_flags_0(:,nyn,:)
1671          wall_flags_00(:,nyn+1,:) = wall_flags_00(:,nyn,:)
1672       ENDIF
1673
1674       IF ( inflow_s .OR. outflow_s  .OR. nest_bound_s )  THEN
1675          wall_flags_0(:,nys-1,:)  = wall_flags_0(:,nys,:)
1676          wall_flags_00(:,nys-1,:) = wall_flags_00(:,nys,:)
1677       ENDIF
1678
1679    ENDIF
1680
1681!
1682!-- In case of topography: limit near-wall mixing length l_wall further:
1683!-- Go through all points of the subdomain one by one and look for the closest
1684!-- surface
1685    IF ( TRIM(topography) /= 'flat' )  THEN
1686       DO  i = nxl, nxr
1687          DO  j = nys, nyn
1688
1689             nzb_si = nzb_s_inner(j,i)
1690             vi     = vertical_influence(nzb_si)
1691
1692             IF ( wall_n(j,i) > 0 )  THEN
1693!
1694!--             North wall (y distance)
1695                DO  k = wall_n(j,i), nzb_si
1696                   l_wall(k,j+1,i) = MIN( l_wall(k,j+1,i), 0.5_wp * dy )
1697                ENDDO
1698!
1699!--             Above North wall (yz distance)
1700                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1701                   l_wall(k,j+1,i) = MIN( l_wall(k,j+1,i),                     &
1702                                          SQRT( 0.25_wp * dy**2 +              &
1703                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1704                ENDDO
1705!
1706!--             Northleft corner (xy distance)
1707                IF ( corner_nl(j,i) > 0 )  THEN
1708                   DO  k = corner_nl(j,i), nzb_si
1709                      l_wall(k,j+1,i-1) = MIN( l_wall(k,j+1,i-1), &
1710                                               0.5_wp * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
1711                   ENDDO
1712!
1713!--                Above Northleft corner (xyz distance)
1714                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1715                      l_wall(k,j+1,i-1) = MIN( l_wall(k,j+1,i-1),              &
1716                                            SQRT( 0.25_wp * (dx**2 + dy**2) +  &
1717                                            ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1718                   ENDDO
1719                ENDIF
1720!
1721!--             Northright corner (xy distance)
1722                IF ( corner_nr(j,i) > 0 )  THEN
1723                   DO  k = corner_nr(j,i), nzb_si
1724                       l_wall(k,j+1,i+1) = MIN( l_wall(k,j+1,i+1),             &
1725                                                0.5_wp * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
1726                   ENDDO
1727!
1728!--                Above northright corner (xyz distance)
1729                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1730                      l_wall(k,j+1,i+1) = MIN( l_wall(k,j+1,i+1),              &
1731                                            SQRT( 0.25_wp * (dx**2 + dy**2) +  &
1732                                            ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1733                   ENDDO
1734                ENDIF
1735             ENDIF
1736
1737             IF ( wall_s(j,i) > 0 )  THEN
1738!
1739!--             South wall (y distance)
1740                DO  k = wall_s(j,i), nzb_si
1741                   l_wall(k,j-1,i) = MIN( l_wall(k,j-1,i), 0.5_wp * dy )
1742                ENDDO
1743!
1744!--             Above south wall (yz distance)
1745                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1746                   l_wall(k,j-1,i) = MIN( l_wall(k,j-1,i),                     &
1747                                          SQRT( 0.25_wp * dy**2 +              &
1748                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1749                ENDDO
1750!
1751!--             Southleft corner (xy distance)
1752                IF ( corner_sl(j,i) > 0 )  THEN
1753                   DO  k = corner_sl(j,i), nzb_si
1754                      l_wall(k,j-1,i-1) = MIN( l_wall(k,j-1,i-1),              &
1755                                               0.5_wp * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
1756                   ENDDO
1757!
1758!--                Above southleft corner (xyz distance)
1759                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1760                      l_wall(k,j-1,i-1) = MIN( l_wall(k,j-1,i-1),              &
1761                                            SQRT( 0.25_wp * (dx**2 + dy**2) +  &
1762                                            ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1763                   ENDDO
1764                ENDIF
1765!
1766!--             Southright corner (xy distance)
1767                IF ( corner_sr(j,i) > 0 )  THEN
1768                   DO  k = corner_sr(j,i), nzb_si
1769                      l_wall(k,j-1,i+1) = MIN( l_wall(k,j-1,i+1),              &
1770                                               0.5_wp * SQRT( dx**2 + dy**2 ) )
1771                   ENDDO
1772!
1773!--                Above southright corner (xyz distance)
1774                   DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1775                      l_wall(k,j-1,i+1) = MIN( l_wall(k,j-1,i+1),              &
1776                                            SQRT( 0.25_wp * (dx**2 + dy**2) +  &
1777                                            ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1778                   ENDDO
1779                ENDIF
1780
1781             ENDIF
1782
1783             IF ( wall_l(j,i) > 0 )  THEN
1784!
1785!--             Left wall (x distance)
1786                DO  k = wall_l(j,i), nzb_si
1787                   l_wall(k,j,i-1) = MIN( l_wall(k,j,i-1), 0.5_wp * dx )
1788                ENDDO
1789!
1790!--             Above left wall (xz distance)
1791                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1792                   l_wall(k,j,i-1) = MIN( l_wall(k,j,i-1),                     &
1793                                       SQRT( 0.25_wp * dx**2 +                 &
1794                                       ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1795                ENDDO
1796             ENDIF
1797
1798             IF ( wall_r(j,i) > 0 )  THEN
1799!
1800!--             Right wall (x distance)
1801                DO  k = wall_r(j,i), nzb_si
1802                   l_wall(k,j,i+1) = MIN( l_wall(k,j,i+1), 0.5_wp * dx )
1803                ENDDO
1804!
1805!--             Above right wall (xz distance)
1806                DO  k = nzb_si + 1, nzb_si + vi
1807                   l_wall(k,j,i+1) = MIN( l_wall(k,j,i+1),                     &
1808                                          SQRT( 0.25_wp * dx**2 +              &
1809                                          ( zu(k) - zw(nzb_si) )**2 ) )
1810                ENDDO
1811
1812             ENDIF
1813
1814          ENDDO
1815       ENDDO
1816
1817    ENDIF
1818
1819!
1820!-- Multiplication with wall_adjustment_factor
1821    l_wall = wall_adjustment_factor * l_wall
1822
1823!
1824!-- Set lateral boundary conditions for l_wall
1825    CALL exchange_horiz( l_wall, nbgp )
1826
1827    DEALLOCATE( corner_nl, corner_nr, corner_sl, corner_sr, nzb_local, &
1828                nzb_tmp, vertical_influence, wall_l, wall_n, wall_r, wall_s )
1829
1830
1831 END SUBROUTINE init_grid
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.