source: palm/trunk/SOURCE/land_surface_model_mod.f90 @ 3161

Last change on this file since 3161 was 3161, checked in by maronga, 3 years ago

increased roughness lengths for asphalt

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 321.6 KB
Line 
1!> @file land_surface_model_mod.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2018 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: land_surface_model_mod.f90 3161 2018-07-23 09:30:10Z maronga $
27! Increased roughness of asphalt surfaces to account for turbulence production
28! by traffic and other obstacles
29!
30! 3152 2018-07-19 13:26:52Z suehring
31! Further adjustments for q_surface
32!
33! 3147 2018-07-18 22:38:11Z maronga
34! Adjustments for new surface structure
35!
36! 3146 2018-07-18 22:36:19Z maronga
37! Modified calculation of the surface resistance r_s
38!
39! 3142 2018-07-17 15:27:45Z suehring
40! Minor bugfix for last commit.
41!
42! 3138 2018-07-17 08:21:20Z maronga
43! Bugfix: limit roughness lengths in case of sea surface with constant_roughness
44! = .F.
45!
46! 3136 2018-07-16 14:48:21Z suehring
47! Limit also roughness length for heat and moisture where necessary;
48! Limit surface resistance to positive values
49!
50! 3133 2018-07-16 11:46:50Z maronga
51! Bugfix for last commit.
52!
53! Some adjustments for pavement parameters
54! Limit magnus formula to avoid negative q_s (leads to model crash)
55!
56! 3091 2018-06-28 16:20:35Z suehring
57! Add check for local roughness length not exceeding surface-layer height and
58! limit roughness length where necessary.
59!
60! 3051 2018-05-30 17:43:55Z suehring
61! Bugfix in surface-element loops for pavement surfaces
62!
63! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
64! Error messages revised
65!
66! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
67! Error messages revised and added
68!
69! 3026 2018-05-22 10:30:53Z schwenkel
70! Changed the name specific humidity to mixing ratio, since we are computing
71! mixing ratios.
72!
73! 3014 2018-05-09 08:42:38Z maronga
74! Bugfix: set some initial values
75! Bugfix: domain bounds of local_pf corrected
76!
77! 3004 2018-04-27 12:33:25Z Giersch
78! Further allocation checks implemented (averaged data will be assigned to fill
79! values if no allocation happened so far)
80!
81! 2968 2018-04-13 11:52:24Z suehring
82! Bugfix in initialization in case of elevated model surface
83!
84! 2963 2018-04-12 14:47:44Z suehring
85! - In initialization of surface types, consider the case that surface_fractions
86!   is not given in static input file.
87! - Introduce index for vegetation/wall, pavement/green-wall and water/window
88!   surfaces, for clearer access of surface fraction, albedo, emissivity, etc. .
89!
90! 2938 2018-03-27 15:52:42Z suehring
91! Initialization of soil moisture and temperature via Inifor-provided data also
92! in nested child domains, even if no dynamic input file is available for
93! child domain. 1D soil profiles are received from parent model. 
94!
95! 2936 2018-03-27 14:49:27Z suehring
96! renamed lsm_par to land_surface_parameters. Bugfix in message calls
97!
98! 2921 2018-03-22 15:05:23Z Giersch
99! The activation of spinup has been moved to parin
100!
101! 2894 2018-03-15 09:17:58Z Giersch
102! Calculations of the index range of the subdomain on file which overlaps with
103! the current subdomain are already done in read_restart_data_mod,
104! lsm_read/write_restart_data was renamed to lsm_r/wrd_local, USE kinds has
105! been removed in several routines, variable named found has been
106! introduced for checking if restart data was found, reading of restart strings
107! has been moved completely to read_restart_data_mod, lsm_rrd_local is already
108! inside the overlap loop programmed in read_restart_data_mod, the marker ***
109! end lsm *** is not necessary anymore, strings and their respective lengths
110! are written out and read now in case of restart runs to get rid of prescribed
111! character lengths, SAVE attribute added where necessary, deallocation and
112! allocation of some arrays have been changed to take care of different restart
113! files that can be opened (index i)
114!
115! 2881 2018-03-13 16:24:40Z suehring
116! Bugfix: wrong loop structure for soil moisture calculation
117!
118! 2805 2018-02-14 17:00:09Z suehring
119! Bugfix in initialization of roughness over water surfaces
120!
121! 2798 2018-02-09 17:16:39Z suehring
122! Minor bugfix for initialization of pt_surface
123!
124! 2797 2018-02-08 13:24:35Z suehring
125! Move output of ghf to general 2D output to output ghf also at urban-type
126! surfaces.
127! Move restart data of ghf_av to read/write_3d_binary, as this is not a
128! exclusively LSM variable anymore.   
129!
130! 2765 2018-01-22 11:34:58Z maronga
131! Major bugfix in calculation of f_shf for vertical surfaces
132!
133! 2735 2018-01-11 12:01:27Z suehring
134! output of r_a moved from land-surface to consider also urban-type surfaces
135!
136! 2729 2018-01-09 11:22:28Z maronga
137! Separated deep soil temperature from soil_temperature array
138!
139! 2724 2018-01-05 12:12:38Z maronga
140! Added security check for insufficient soil_temperature values
141!
142! 2723 2018-01-05 09:27:03Z maronga
143! Bugfix for spinups (end_time was increased twice in case of LSM + USM runs)
144!
145! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
146! Corrected "Former revisions" section
147!
148! 2707 2017-12-18 18:34:46Z suehring
149! Changes from last commit documented
150!
151! 2706 2017-12-18 18:33:49Z suehring
152! Bugfix, read surface temperature in case of restart runs.
153!
154! 2705 2017-12-18 11:26:23Z maronga
155! Bugfix in binary output (wrong sequence)
156!
157! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
158! Change in file header (GPL part)
159! Bugfix: missing USE statement for calc_mean_profile
160! do not write surface temperatures onto pt array as this might cause
161! problems with nesting (MS)
162! Revised calculation of pt1 and qv1 (now done in surface_layer_fluxes). Bugfix
163! in calculation of surface density (cannot be done via an surface non-air
164! temperature) (BM)
165! Bugfix: g_d was NaN for non-vegetaed surface types (BM)
166! Bugfix initialization of c_veg and lai
167! Revise data output to enable _FillValues
168! Bugfix in calcultion of r_a and rad_net_l (MS)
169! Bugfix: rad_net is not updated in case of radiation_interaction and must thu
170! be calculated again from the radiative fluxes
171! Temporary fix for cases where no soil model is used on some PEs (BM)
172! Revised input and initialization of soil and surface paramters
173! pavement_depth is variable for each surface element
174! radiation quantities belong to surface type now
175! surface fractions initialized
176! Rename lsm_last_actions into lsm_wrd_subdomain (MS)
177!
178! 2608 2017-11-13 14:04:26Z schwenkel
179! Calculation of magnus equation in external module (diagnostic_quantities_mod).
180! Adjust calculation of vapor pressure and saturation mixing ratio that it is
181! consistent with formulations in other parts of PALM.
182!
183! 2575 2017-10-24 09:57:58Z maronga
184! Pavement parameterization revised
185!
186! 2573 2017-10-20 15:57:49Z scharf
187! bugfixes in last_actions
188!
189! 2548 2017-10-16 13:18:20Z suehring
190! extended by cloud_droplets option
191!
192! 2532 2017-10-11 16:00:46Z scharf
193! bugfixes in data_output_3d
194!
195! 2516 2017-10-04 11:03:04Z suehring
196! Remove tabs
197!
198! 2514 2017-10-04 09:52:37Z suehring
199! upper bounds of cross section and 3d output changed from nx+1,ny+1 to nx,ny
200! no output of ghost layer data
201!
202! 2504 2017-09-27 10:36:13Z maronga
203! Support roots and water under pavement. Added several pavement types.
204!
205! 2476 2017-09-18 07:54:32Z maronga
206! Bugfix for last commit
207!
208! 2475 2017-09-18 07:42:36Z maronga
209! Bugfix: setting of vegetation_pars for bare soil corrected.
210!
211! 2354 2017-08-17 10:49:36Z schwenkel
212! minor bugfixes
213!
214! 2340 2017-08-07 17:11:13Z maronga
215! Revised root_distribution tabel and implemented a pseudo-generic root fraction
216! calculation
217!
218! 2333 2017-08-04 09:08:26Z maronga
219! minor bugfixes
220!
221! 2332 2017-08-03 21:15:22Z maronga
222! bugfix in pavement_pars
223!
224! 2328 2017-08-03 12:34:22Z maronga
225! Revised skin layer concept.
226! Bugfix for runs with pavement surface and humidity
227! Revised some standard values in vegetation_pars
228! Added emissivity and default albedo_type as variable to tables
229! Changed default surface type to vegetation
230! Revised input of soil layer configuration
231!
232! 2307 2017-07-07 11:32:10Z suehring
233! Bugfix, variable names corrected
234!
235! 2299 2017-06-29 10:14:38Z maronga
236! Removed pt_p from USE statement. Adjusted call to lsm_soil_model to allow
237! spinups without soil moisture prediction
238!
239! 2298 2017-06-29 09:28:18Z raasch
240! type of write_binary changed from CHARACTER to LOGICAL
241!
242! 2296 2017-06-28 07:53:56Z maronga
243! Bugfix in calculation of bare soil heat capacity.
244! Bugfix in calculation of shf
245! Added support for spinups
246!
247! 2282 2017-06-13 11:38:46Z schwenkel
248! Bugfix for check of saturation moisture
249!
250! 2273 2017-06-09 12:46:06Z sward
251! Error number changed
252!
253! 2270 2017-06-09 12:18:47Z maronga
254! Revised parameterization of heat conductivity between skin layer and soil.
255! Temperature and moisture are now defined at the center of the layers.
256! Renamed veg_type to vegetation_type and pave_type to pavement_type_name
257! Renamed and reduced the number of look-up tables (vegetation_pars, soil_pars)
258! Revised land surface model initialization
259! Removed output of shf_eb and qsws_eb and removed _eb throughout code
260! Removed Clapp & Hornberger parameterization
261!
262! 2249 2017-06-06 13:58:01Z sward
263!
264! 2248 2017-06-06 13:52:54Z sward $
265! Error no changed
266!
267! 2246 2017-06-06 13:09:34Z sward
268! Error no changed
269!
270! Changed soil configuration to 8 layers. The number of soil layers is now
271! freely adjustable via the NAMELIST.
272!
273! 2237 2017-05-31 10:34:53Z suehring
274! Bugfix in write restart data
275!
276! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
277!
278! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
279! Adjustments to new topography and surface concept
280!   - now, also vertical walls are possible
281!   - for vertical walls, parametrization of r_a (aerodynamic resisistance) is
282!     implemented.
283!
284! Add check for soil moisture, it must not exceed its saturation value.
285!
286! 2149 2017-02-09 16:57:03Z scharf
287! Land surface parameters II corrected for vegetation_type 18 and 19
288!
289! 2031 2016-10-21 15:11:58Z knoop
290! renamed variable rho to rho_ocean
291!
292! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
293! Forced header and separation lines into 80 columns
294!
295! 1978 2016-07-29 12:08:31Z maronga
296! Bugfix: initial values of pave_surface and water_surface were not set.
297!
298! 1976 2016-07-27 13:28:04Z maronga
299! Parts of the code have been reformatted. Use of radiation model output is
300! generalized and simplified. Added more output quantities due to modularization
301!
302! 1972 2016-07-26 07:52:02Z maronga
303! Further modularization: output of cross sections and 3D data is now done in this
304! module. Moreover, restart data is written and read directly within this module.
305!
306!
307! 1966 2016-07-18 11:54:18Z maronga
308! Bugfix: calculation of m_total in soil model was not set to zero at model start
309!
310! 1949 2016-06-17 07:19:16Z maronga
311! Bugfix: calculation of qsws_soil_eb with precipitation = .TRUE. gave
312! qsws_soil_eb = 0 due to a typo
313!
314! 1856 2016-04-13 12:56:17Z maronga
315! Bugfix: for water surfaces, the initial water surface temperature is set equal
316! to the intital skin temperature. Moreover, the minimum value of r_a is now
317! 1.0 to avoid too large fluxes at the first model time step
318!
319! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
320! prr moved to arrays_3d
321!
322! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
323! Cleanup after modularization
324!
325! 1817 2016-04-06 15:44:20Z maronga
326! Added interface for lsm_init_arrays. Added subroutines for check_parameters,
327! header, and parin. Renamed some subroutines.
328!
329! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
330! Bugfix: calculate lambda_surface based on temperature gradient between skin
331! layer and soil layer instead of Obukhov length
332! Changed: moved calculation of surface specific humidity to energy balance solver
333! New: water surfaces are available by using a fixed sea surface temperature.
334! The roughness lengths are calculated dynamically using the Charnock
335! parameterization. This involves the new roughness length for moisture z0q.
336! New: modified solution of the energy balance solver and soil model for
337! paved surfaces (i.e. asphalt concrete).
338! Syntax layout improved.
339! Changed: parameter dewfall removed.
340!
341! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
342! netcdf variables moved to netcdf module
343!
344! 1757 2016-02-22 15:49:32Z maronga
345! Bugfix: set tm_soil_m to zero after allocation. Added parameter
346! unscheduled_radiation_calls to control calls of the radiation model based on
347! the skin temperature change during one time step (preliminary version). Set
348! qsws_soil_eb to zero at model start (previously set to qsws_eb). Removed MAX
349! function as it cannot be vectorized.
350!
351! 1709 2015-11-04 14:47:01Z maronga
352! Renamed pt_1 and qv_1 to pt1 and qv1.
353! Bugfix: set initial values for t_surface_p in case of restart runs
354! Bugfix: zero resistance caused crash when using radiation_scheme = 'clear-sky'
355! Bugfix: calculation of rad_net when using radiation_scheme = 'clear-sky'
356! Added todo action
357!
358! 1697 2015-10-28 17:14:10Z raasch
359! bugfix: misplaced cpp-directive
360!
361! 1695 2015-10-27 10:03:11Z maronga
362! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute in call of
363! Replaced rif with ol
364!
365! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
366! Added skip_time_do_lsm to allow for spin-ups without LSM. Various bugfixes:
367! Soil temperatures are now defined at the edges of the layers, calculation of
368! shb_eb corrected, prognostic equation for skin temperature corrected. Surface
369! fluxes are now directly transfered to atmosphere
370!
371! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
372! Code annotations made doxygen readable
373!
374! 1590 2015-05-08 13:56:27Z maronga
375! Bugfix: definition of character strings requires same length for all elements
376!
377! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
378! Modifications for RRTMG. Changed tables to PARAMETER type.
379!
380! 1571 2015-03-12 16:12:49Z maronga
381! Removed upper-case variable names. Corrected distribution of precipitation to
382! the liquid water reservoir and the bare soil fractions.
383!
384! 1555 2015-03-04 17:44:27Z maronga
385! Added output of r_a and r_s
386!
387! 1553 2015-03-03 17:33:54Z maronga
388! Improved better treatment of roughness lengths. Added default soil temperature
389! profile
390!
391! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
392! Flux calculation is now done in prandtl_fluxes. Added support for data output.
393! Vertical indices have been replaced. Restart runs are now possible. Some
394! variables have beem renamed. Bugfix in the prognostic equation for the surface
395! temperature. Introduced z0_eb and z0h_eb, which overwrite the setting of
396! roughness_length and z0_factor. Added Clapp & Hornberger parametrization for
397! the hydraulic conductivity. Bugfix for root fraction and extraction
398! calculation
399!
400! intrinsic function MAX and MIN
401!
402! 1500 2014-12-03 17:42:41Z maronga
403! Corrected calculation of aerodynamic resistance (r_a).
404! Precipitation is now added to liquid water reservoir using LE_liq.
405! Added support for dry runs.
406!
407! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
408! Initial revision
409!
410!
411! Description:
412! ------------
413!> Land surface model, consisting of a solver for the energy balance at the
414!> surface and a multi layer soil scheme. The scheme is similar to the TESSEL
415!> scheme implemented in the ECMWF IFS model, with modifications according to
416!> H-TESSEL. The implementation is based on the formulation implemented in the
417!> DALES and UCLA-LES models.
418!>
419!> @todo Extensive verification energy-balance solver for vertical surfaces,
420!>       e.g. parametrization of r_a
421!> @todo Revise single land-surface processes for vertical surfaces, e.g.
422!>       treatment of humidity, etc.
423!> @todo Consider partial absorption of the net shortwave radiation by the
424!>       skin layer.
425!> @todo Improve surface water parameterization
426!> @todo Invert indices (running from -3 to 0. Currently: nzb_soil=0,
427!>       nzt_soil=3)).
428!> @todo Implement surface runoff model (required when performing long-term LES
429!>       with considerable precipitation.
430!> @todo Revise calculation of f2 when wilting point is non-constant in the
431!>       soil
432!> @todo Allow for zero soil moisture (currently, it is set to wilting point)
433!> @note No time step criterion is required as long as the soil layers do not
434!>       become too thin.
435!> @todo Attention, pavement_subpars_1/2 are hardcoded to 8 levels, in case
436!>       more levels are used this may cause an potential bug
437!> @todo Routine calc_q_surface required?
438!------------------------------------------------------------------------------!
439 MODULE land_surface_model_mod
440 
441    USE arrays_3d,                                                             &
442        ONLY:  hyp, pt, prr, q, q_p, ql, vpt, u, v, w
443
444    USE calc_mean_profile_mod,                                                 &
445        ONLY:  calc_mean_profile
446
447    USE cloud_parameters,                                                      &
448        ONLY:  cp, hyrho, l_d_cp, l_d_r, l_v, pt_d_t, rho_l, r_d, r_v
449
450    USE control_parameters,                                                    &
451        ONLY:  cloud_droplets, cloud_physics, coupling_start_time, dt_3d,      &
452               end_time, humidity, intermediate_timestep_count,                &
453               initializing_actions, intermediate_timestep_count_max,          &
454               land_surface, max_masks, precipitation, pt_surface,             &
455               rho_surface, spinup, spinup_pt_mean, spinup_time,               &
456               surface_pressure, timestep_scheme, tsc,                         &
457               time_since_reference_point
458
459    USE indices,                                                               &
460        ONLY:  nbgp, nxl, nxlg, nxr, nxrg, nyn, nyng, nys, nysg, nzb
461
462    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
463        ONLY :  building_type_f, init_3d, input_pids_static,                   &
464                netcdf_data_input_interpolate,                                 &
465                pavement_pars_f, pavement_subsurface_pars_f, pavement_type_f,  &
466                root_area_density_lsm_f, soil_pars_f, soil_type_f,             &
467                surface_fraction_f, vegetation_pars_f, vegetation_type_f,      &
468                water_pars_f, water_type_f
469
470    USE kinds
471
472    USE pegrid
473
474    USE radiation_model_mod,                                                   &
475        ONLY:  albedo, albedo_type, emissivity, force_radiation_call,          &
476               radiation, radiation_scheme, unscheduled_radiation_calls
477       
478    USE statistics,                                                            &
479        ONLY:  hom, statistic_regions
480
481    USE surface_mod,                                                           &
482        ONLY :  ind_pav_green, ind_veg_wall, ind_wat_win, surf_lsm_h,          &
483                surf_lsm_v, surf_type, surface_restore_elements
484
485    IMPLICIT NONE
486
487    TYPE surf_type_lsm
488       REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  var_1d !< 1D prognostic variable
489       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  var_2d !< 2D prognostic variable
490    END TYPE surf_type_lsm
491
492!
493!-- LSM model constants
494
495    REAL(wp), PARAMETER  ::                    &
496              b_ch               = 6.04_wp,    & ! Clapp & Hornberger exponent
497              lambda_h_dry       = 0.19_wp,    & ! heat conductivity for dry soil (W/m/K) 
498              lambda_h_sm        = 3.44_wp,    & ! heat conductivity of the soil matrix (W/m/K)
499              lambda_h_water     = 0.57_wp,    & ! heat conductivity of water (W/m/K)
500              psi_sat            = -0.388_wp,  & ! soil matrix potential at saturation
501              rho_c_soil         = 2.19E6_wp,  & ! volumetric heat capacity of soil (J/m3/K)
502              rho_c_water        = 4.20E6_wp,  & ! volumetric heat capacity of water (J/m3/K)
503              m_max_depth        = 0.0002_wp     ! Maximum capacity of the water reservoir (m)
504
505
506    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER  :: dz_soil_default =                  & ! default soil layer configuration
507                                            (/ 0.01_wp, 0.02_wp, 0.04_wp,      &
508                                               0.06_wp, 0.14_wp, 0.26_wp,      &
509                                               0.54_wp, 1.86_wp/)
510
511    REAL(wp), DIMENSION(0:3), PARAMETER  :: dz_soil_ref =                      & ! reference four layer soil configuration used for estimating the root fractions
512                                            (/ 0.07_wp, 0.21_wp, 0.72_wp,      &
513                                               1.89_wp /)
514
515    REAL(wp), DIMENSION(0:3), PARAMETER  :: zs_ref =                           & ! reference four layer soil configuration used for estimating the root fractions
516                                            (/ 0.07_wp, 0.28_wp, 1.0_wp,       &
517                                               2.89_wp /)
518
519
520!
521!-- LSM variables
522    CHARACTER(10) :: surface_type = 'netcdf'      !< general classification. Allowed are:
523                                                  !< 'vegetation', 'pavement', ('building'),
524                                                  !< 'water', and 'netcdf'
525
526
527
528    INTEGER(iwp) :: nzb_soil = 0,             & !< bottom of the soil model (Earth's surface)
529                    nzt_soil = 7,             & !< top of the soil model
530                    nzt_pavement = 0,         & !< top of the pavement within the soil
531                    nzs = 8,                  & !< number of soil layers
532                    pavement_depth_level = 0, & !< default NAMELIST nzt_pavement
533                    pavement_type = 1,        & !< default NAMELIST pavement_type                 
534                    soil_type = 3,            & !< default NAMELIST soil_type
535                    vegetation_type = 2,      & !< default NAMELIST vegetation_type
536                    water_type = 1              !< default NAMELISt water_type
537                   
538   
539       
540    LOGICAL :: conserve_water_content = .TRUE.,  & !< open or closed bottom surface for the soil model
541               constant_roughness = .FALSE.,     & !< use fixed/dynamic roughness lengths for water surfaces
542               force_radiation_call_l = .FALSE., & !< flag to force calling of radiation routine
543               aero_resist_kray = .TRUE.           !< flag to control parametrization of aerodynamic resistance at vertical surface elements
544
545!   value 9999999.9_wp -> generic available or user-defined value must be set
546!   otherwise -> no generic variable and user setting is optional
547    REAL(wp) :: alpha_vangenuchten = 9999999.9_wp,      & !< NAMELIST alpha_vg
548                canopy_resistance_coefficient = 9999999.9_wp, & !< NAMELIST g_d
549                c_surface = 9999999.9_wp,               & !< Surface (skin) heat capacity (J/m2/K)
550                deep_soil_temperature =  9999999.9_wp,  & !< Deep soil temperature (bottom boundary condition)
551                drho_l_lv,                              & !< (rho_l * l_v)**-1
552                exn,                                    & !< value of the Exner function
553                e_s = 0.0_wp,                           & !< saturation water vapour pressure
554                field_capacity = 9999999.9_wp,          & !< NAMELIST m_fc
555                f_shortwave_incoming = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST f_sw_in
556                hydraulic_conductivity = 9999999.9_wp,  & !< NAMELIST gamma_w_sat
557                ke = 0.0_wp,                            & !< Kersten number
558                lambda_h_sat = 0.0_wp,                  & !< heat conductivity for saturated soil (W/m/K)
559                lambda_surface_stable = 9999999.9_wp,   & !< NAMELIST lambda_surface_s (W/m2/K)
560                lambda_surface_unstable = 9999999.9_wp, & !< NAMELIST lambda_surface_u (W/m2/K)
561                leaf_area_index = 9999999.9_wp,         & !< NAMELIST lai
562                l_vangenuchten = 9999999.9_wp,          & !< NAMELIST l_vg
563                min_canopy_resistance = 9999999.9_wp,   & !< NAMELIST r_canopy_min
564                min_soil_resistance = 50.0_wp,          & !< NAMELIST r_soil_min
565                m_total = 0.0_wp,                       & !< weighted total water content of the soil (m3/m3)
566                n_vangenuchten = 9999999.9_wp,          & !< NAMELIST n_vg
567                pavement_heat_capacity = 9999999.9_wp,  & !< volumetric heat capacity of pavement (e.g. roads) (J/m3/K)
568                pavement_heat_conduct  = 9999999.9_wp,  & !< heat conductivity for pavements (e.g. roads) (W/m/K)
569                q_s = 0.0_wp,                           & !< saturation water vapor mixing ratio
570                residual_moisture = 9999999.9_wp,       & !< NAMELIST m_res
571                rho_cp,                                 & !< rho_surface * cp
572                rho_lv,                                 & !< rho_ocean * l_v
573                rd_d_rv,                                & !< r_d / r_v
574                saturation_moisture = 9999999.9_wp,     & !< NAMELIST m_sat
575                skip_time_do_lsm = 0.0_wp,              & !< LSM is not called before this time
576                vegetation_coverage = 9999999.9_wp,     & !< NAMELIST c_veg
577                water_temperature = 9999999.9_wp,       & !< water temperature
578                wilting_point = 9999999.9_wp,           & !< NAMELIST m_wilt
579                z0_vegetation  = 9999999.9_wp,          & !< NAMELIST z0 (lsm_par)
580                z0h_vegetation = 9999999.9_wp,          & !< NAMELIST z0h (lsm_par)
581                z0q_vegetation = 9999999.9_wp,          & !< NAMELIST z0q (lsm_par)
582                z0_pavement    = 9999999.9_wp,          & !< NAMELIST z0 (lsm_par)
583                z0h_pavement   = 9999999.9_wp,          & !< NAMELIST z0h (lsm_par)
584                z0q_pavement   = 9999999.9_wp,          & !< NAMELIST z0q (lsm_par)
585                z0_water       = 9999999.9_wp,          & !< NAMELIST z0 (lsm_par)
586                z0h_water      = 9999999.9_wp,          & !< NAMELIST z0h (lsm_par)
587                z0q_water      = 9999999.9_wp             !< NAMELIST z0q (lsm_par) 
588               
589               
590    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE  :: ddz_soil_center, & !< 1/dz_soil_center
591                                            ddz_soil,        & !< 1/dz_soil
592                                            dz_soil_center,  & !< soil grid spacing (center-center)
593                                            zs,              & !< depth of the temperature/moisute levels
594                                            root_extr          !< root extraction
595
596
597                                           
598    REAL(wp), DIMENSION(0:20)  ::  root_fraction = 9999999.9_wp,     & !< (NAMELIST) distribution of root surface area to the individual soil layers
599                                   soil_moisture = 0.0_wp,           & !< NAMELIST soil moisture content (m3/m3)
600                                   soil_temperature = 9999999.9_wp,  & !< NAMELIST soil temperature (K) +1
601                                   dz_soil  = 9999999.9_wp,          & !< (NAMELIST) soil layer depths (spacing)
602                                   zs_layer = 9999999.9_wp         !< soil layer depths (edge)
603                                 
604#if defined( __nopointer )
605    TYPE(surf_type_lsm), TARGET  ::  t_soil_h,    & !< Soil temperature (K), horizontal surface elements
606                                     t_soil_h_p,  & !< Prog. soil temperature (K), horizontal surface elements
607                                     m_soil_h,    & !< Soil moisture (m3/m3), horizontal surface elements
608                                     m_soil_h_p     !< Prog. soil moisture (m3/m3), horizontal surface elements
609
610    TYPE(surf_type_lsm), DIMENSION(0:3), TARGET  ::  &
611                                     t_soil_v,       & !< Soil temperature (K), vertical surface elements
612                                     t_soil_v_p,     & !< Prog. soil temperature (K), vertical surface elements
613                                     m_soil_v,       & !< Soil moisture (m3/m3), vertical surface elements
614                                     m_soil_v_p        !< Prog. soil moisture (m3/m3), vertical surface elements
615
616#else
617    TYPE(surf_type_lsm), POINTER ::  t_soil_h,    & !< Soil temperature (K), horizontal surface elements
618                                     t_soil_h_p,  & !< Prog. soil temperature (K), horizontal surface elements
619                                     m_soil_h,    & !< Soil moisture (m3/m3), horizontal surface elements
620                                     m_soil_h_p     !< Prog. soil moisture (m3/m3), horizontal surface elements
621
622    TYPE(surf_type_lsm), TARGET  ::  t_soil_h_1,  & !<
623                                     t_soil_h_2,  & !<
624                                     m_soil_h_1,  & !<
625                                     m_soil_h_2     !<
626
627    TYPE(surf_type_lsm), DIMENSION(:), POINTER :: &
628                                     t_soil_v,    & !< Soil temperature (K), vertical surface elements
629                                     t_soil_v_p,  & !< Prog. soil temperature (K), vertical surface elements
630                                     m_soil_v,    & !< Soil moisture (m3/m3), vertical surface elements
631                                     m_soil_v_p     !< Prog. soil moisture (m3/m3), vertical surface elements   
632
633    TYPE(surf_type_lsm), DIMENSION(0:3), TARGET ::&
634                                     t_soil_v_1,  & !<
635                                     t_soil_v_2,  & !<
636                                     m_soil_v_1,  & !<
637                                     m_soil_v_2     !<
638#endif   
639
640#if defined( __nopointer )
641    TYPE(surf_type_lsm), TARGET   ::  t_surface_h,    & !< surface temperature (K), horizontal surface elements
642                                      t_surface_h_p,  & !< progn. surface temperature (K), horizontal surface elements
643                                      m_liq_h,        & !< liquid water reservoir (m), horizontal surface elements
644                                      m_liq_h_p         !< progn. liquid water reservoir (m), horizontal surface elements
645
646    TYPE(surf_type_lsm), DIMENSION(0:3), TARGET   ::  &
647                                      t_surface_v,    & !< surface temperature (K), vertical surface elements
648                                      t_surface_v_p,  & !< progn. surface temperature (K), vertical surface elements
649                                      m_liq_v,        & !< liquid water reservoir (m), vertical surface elements
650                                      m_liq_v_p         !< progn. liquid water reservoir (m), vertical surface elements
651#else
652    TYPE(surf_type_lsm), POINTER  ::  t_surface_h,    & !< surface temperature (K), horizontal surface elements
653                                      t_surface_h_p,  & !< progn. surface temperature (K), horizontal surface elements
654                                      m_liq_h,        & !< liquid water reservoir (m), horizontal surface elements
655                                      m_liq_h_p         !< progn. liquid water reservoir (m), horizontal surface elements
656
657    TYPE(surf_type_lsm), TARGET   ::  t_surface_h_1,  & !<
658                                      t_surface_h_2,  & !<
659                                      m_liq_h_1,      & !<
660                                      m_liq_h_2         !<
661
662    TYPE(surf_type_lsm), DIMENSION(:), POINTER  ::    &
663                                      t_surface_v,    & !< surface temperature (K), vertical surface elements
664                                      t_surface_v_p,  & !< progn. surface temperature (K), vertical surface elements
665                                      m_liq_v,        & !< liquid water reservoir (m), vertical surface elements
666                                      m_liq_v_p         !< progn. liquid water reservoir (m), vertical surface elements
667
668    TYPE(surf_type_lsm), DIMENSION(0:3), TARGET   ::  &
669                                      t_surface_v_1,  & !<
670                                      t_surface_v_2,  & !<
671                                      m_liq_v_1,      & !<
672                                      m_liq_v_2         !<
673#endif
674
675#if defined( __nopointer )
676    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE, TARGET :: m_liq_av
677#else
678    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE, TARGET :: m_liq_av
679#endif
680
681#if defined( __nopointer )
682    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::  t_soil_av, & !< Average of t_soil
683                                                        m_soil_av    !< Average of m_soil
684#else
685    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET ::  t_soil_av, & !< Average of t_soil
686                                                        m_soil_av    !< Average of m_soil
687#endif
688
689    TYPE(surf_type_lsm), TARGET ::  tm_liq_h_m      !< liquid water reservoir tendency (m), horizontal surface elements
690    TYPE(surf_type_lsm), TARGET ::  tt_surface_h_m  !< surface temperature tendency (K), horizontal surface elements
691    TYPE(surf_type_lsm), TARGET ::  tt_soil_h_m     !< t_soil storage array, horizontal surface elements
692    TYPE(surf_type_lsm), TARGET ::  tm_soil_h_m     !< m_soil storage array, horizontal surface elements
693
694    TYPE(surf_type_lsm), DIMENSION(0:3), TARGET ::  tm_liq_v_m      !< liquid water reservoir tendency (m), vertical surface elements
695    TYPE(surf_type_lsm), DIMENSION(0:3), TARGET ::  tt_surface_v_m  !< surface temperature tendency (K), vertical surface elements
696    TYPE(surf_type_lsm), DIMENSION(0:3), TARGET ::  tt_soil_v_m     !< t_soil storage array, vertical surface elements
697    TYPE(surf_type_lsm), DIMENSION(0:3), TARGET ::  tm_soil_v_m     !< m_soil storage array, vertical surface elements
698
699!
700!-- Energy balance variables               
701    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: &
702              c_liq_av,         & !< average of c_liq
703              c_soil_av,        & !< average of c_soil
704              c_veg_av,         & !< average of c_veg
705              lai_av,           & !< average of lai
706              qsws_liq_av,      & !< average of qsws_liq
707              qsws_soil_av,     & !< average of qsws_soil
708              qsws_veg_av,      & !< average of qsws_veg
709              r_s_av              !< average of r_s
710                   
711
712!
713!-- Predefined Land surface classes (vegetation_type)
714    CHARACTER(26), DIMENSION(0:18), PARAMETER :: vegetation_type_name = (/ &
715                                   'user defined              ',           & !  0
716                                   'bare soil                 ',           & !  1                           
717                                   'crops, mixed farming      ',           & !  2
718                                   'short grass               ',           & !  3
719                                   'evergreen needleleaf trees',           & !  4
720                                   'deciduous needleleaf trees',           & !  5
721                                   'evergreen broadleaf trees ',           & !  6
722                                   'deciduous broadleaf trees ',           & !  7
723                                   'tall grass                ',           & !  8
724                                   'desert                    ',           & !  9
725                                   'tundra                    ',           & ! 10
726                                   'irrigated crops           ',           & ! 11
727                                   'semidesert                ',           & ! 12
728                                   'ice caps and glaciers     ',           & ! 13
729                                   'bogs and marshes          ',           & ! 14
730                                   'evergreen shrubs          ',           & ! 15
731                                   'deciduous shrubs          ',           & ! 16
732                                   'mixed forest/woodland     ',           & ! 17
733                                   'interrupted forest        '            & ! 18
734                                                                 /)
735
736!
737!-- Soil model classes (soil_type)
738    CHARACTER(12), DIMENSION(0:6), PARAMETER :: soil_type_name = (/ &
739                                   'user defined',                  & ! 0
740                                   'coarse      ',                  & ! 1
741                                   'medium      ',                  & ! 2
742                                   'medium-fine ',                  & ! 3
743                                   'fine        ',                  & ! 4
744                                   'very fine   ',                  & ! 5
745                                   'organic     '                   & ! 6
746                                                                 /)
747
748!
749!-- Pavement classes
750    CHARACTER(29), DIMENSION(0:15), PARAMETER :: pavement_type_name = (/ &
751                                   'user defined                 ', & ! 0
752                                   'asphalt/concrete mix         ', & ! 1
753                                   'asphalt (asphalt concrete)   ', & ! 2
754                                   'concrete (Portland concrete) ', & ! 3
755                                   'sett                         ', & ! 4
756                                   'paving stones                ', & ! 5
757                                   'cobblestone                  ', & ! 6
758                                   'metal                        ', & ! 7
759                                   'wood                         ', & ! 8
760                                   'gravel                       ', & ! 9
761                                   'fine gravel                  ', & ! 10
762                                   'pebblestone                  ', & ! 11
763                                   'woodchips                    ', & ! 12
764                                   'tartan (sports)              ', & ! 13
765                                   'artifical turf (sports)      ', & ! 14
766                                   'clay (sports)                '  & ! 15
767                                                                 /)                                                             
768                                                                 
769!
770!-- Water classes
771    CHARACTER(12), DIMENSION(0:5), PARAMETER :: water_type_name = (/ &
772                                   'user defined',                   & ! 0
773                                   'lake        ',                   & ! 1
774                                   'river       ',                   & ! 2
775                                   'ocean       ',                   & ! 3
776                                   'pond        ',                   & ! 4
777                                   'fountain    '                    & ! 5
778                                                                  /)                                                                                 
779                   
780!
781!-- Land surface parameters according to the respective classes (vegetation_type)
782    INTEGER(iwp) ::  ind_v_rc_min = 0    !< index for r_canopy_min in vegetation_pars
783    INTEGER(iwp) ::  ind_v_rc_lai = 1    !< index for LAI in vegetation_pars
784    INTEGER(iwp) ::  ind_v_c_veg   = 2   !< index for c_veg in vegetation_pars
785    INTEGER(iwp) ::  ind_v_gd  = 3       !< index for g_d in vegetation_pars
786    INTEGER(iwp) ::  ind_v_z0 = 4        !< index for z0 in vegetation_pars
787    INTEGER(iwp) ::  ind_v_z0qh = 5      !< index for z0h / z0q in vegetation_pars
788    INTEGER(iwp) ::  ind_v_lambda_s = 6  !< index for lambda_s_s in vegetation_pars
789    INTEGER(iwp) ::  ind_v_lambda_u = 7  !< index for lambda_s_u in vegetation_pars
790    INTEGER(iwp) ::  ind_v_f_sw_in = 8   !< index for f_sw_in in vegetation_pars
791    INTEGER(iwp) ::  ind_v_c_surf = 9    !< index for c_surface in vegetation_pars
792    INTEGER(iwp) ::  ind_v_at = 10       !< index for albedo_type in vegetation_pars
793    INTEGER(iwp) ::  ind_v_emis = 11     !< index for emissivity in vegetation_pars
794
795    INTEGER(iwp) ::  ind_w_temp     = 0    !< index for temperature in water_pars
796    INTEGER(iwp) ::  ind_w_z0       = 1    !< index for z0 in water_pars
797    INTEGER(iwp) ::  ind_w_z0h      = 2    !< index for z0h in water_pars
798    INTEGER(iwp) ::  ind_w_lambda_s = 3    !< index for lambda_s_s in water_pars
799    INTEGER(iwp) ::  ind_w_lambda_u = 4    !< index for lambda_s_u in water_pars
800    INTEGER(iwp) ::  ind_w_at       = 5    !< index for albedo type in water_pars
801    INTEGER(iwp) ::  ind_w_emis     = 6    !< index for emissivity in water_pars
802
803    INTEGER(iwp) ::  ind_p_z0       = 0    !< index for z0 in pavement_pars
804    INTEGER(iwp) ::  ind_p_z0h      = 1    !< index for z0h in pavement_pars
805    INTEGER(iwp) ::  ind_p_at       = 2    !< index for albedo type in pavement_pars
806    INTEGER(iwp) ::  ind_p_emis     = 3    !< index for emissivity in pavement_pars
807    INTEGER(iwp) ::  ind_p_lambda_h = 0    !< index for lambda_h in pavement_subsurface_pars
808    INTEGER(iwp) ::  ind_p_rho_c    = 1    !< index for rho_c in pavement_pars
809!
810!-- Land surface parameters
811!-- r_canopy_min,     lai,   c_veg,     g_d         z0,         z0h, lambda_s_s, lambda_s_u, f_sw_in,  c_surface, albedo_type, emissivity
812    REAL(wp), DIMENSION(0:11,1:18), PARAMETER :: vegetation_pars = RESHAPE( (/ &
813          0.0_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp,  0.005_wp,   0.5E-4_wp,     0.0_wp,    0.0_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 17.0_wp, 0.94_wp, & !  1
814        180.0_wp, 3.00_wp, 1.00_wp, 0.00_wp,   0.10_wp,    0.001_wp,    10.0_wp,   10.0_wp, 0.05_wp, 0.00_wp,  2.0_wp, 0.95_wp, & !  2
815        110.0_wp, 2.00_wp, 1.00_wp, 0.00_wp,   0.03_wp,   0.3E-4_wp,    10.0_wp,   10.0_wp, 0.05_wp, 0.00_wp,  2.0_wp, 0.95_wp, & !  3
816        500.0_wp, 5.00_wp, 1.00_wp, 0.03_wp,   2.00_wp,     2.00_wp,    20.0_wp,   15.0_wp, 0.03_wp, 0.00_wp,  5.0_wp, 0.97_wp, & !  4
817        500.0_wp, 5.00_wp, 1.00_wp, 0.03_wp,   2.00_wp,     2.00_wp,    20.0_wp,   15.0_wp, 0.03_wp, 0.00_wp,  6.0_wp, 0.97_wp, & !  5
818        175.0_wp, 5.00_wp, 1.00_wp, 0.03_wp,   2.00_wp,     2.00_wp,    20.0_wp,   15.0_wp, 0.03_wp, 0.00_wp,  8.0_wp, 0.97_wp, & !  6
819        240.0_wp, 6.00_wp, 0.99_wp, 0.13_wp,   2.00_wp,     2.00_wp,    20.0_wp,   15.0_wp, 0.03_wp, 0.00_wp,  9.0_wp, 0.97_wp, & !  7
820        100.0_wp, 2.00_wp, 0.70_wp, 0.00_wp,   0.47_wp,  0.47E-2_wp,    10.0_wp,   10.0_wp, 0.05_wp, 0.00_wp,  8.0_wp, 0.97_wp, & !  8
821        250.0_wp, 0.05_wp, 0.00_wp, 0.00_wp,  0.013_wp, 0.013E-2_wp,    15.0_wp,   15.0_wp, 0.00_wp, 0.00_wp,  3.0_wp, 0.94_wp, & !  9
822         80.0_wp, 1.00_wp, 0.50_wp, 0.00_wp,  0.034_wp, 0.034E-2_wp,    10.0_wp,   10.0_wp, 0.05_wp, 0.00_wp, 11.0_wp, 0.97_wp, & ! 10
823        180.0_wp, 3.00_wp, 1.00_wp, 0.00_wp,    0.5_wp,  0.50E-2_wp,    10.0_wp,   10.0_wp, 0.05_wp, 0.00_wp, 13.0_wp, 0.97_wp, & ! 11
824        150.0_wp, 0.50_wp, 0.10_wp, 0.00_wp,   0.17_wp,  0.17E-2_wp,    10.0_wp,   10.0_wp, 0.05_wp, 0.00_wp,  2.0_wp, 0.97_wp, & ! 12
825          0.0_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 1.3E-3_wp,   1.3E-4_wp,    58.0_wp,   58.0_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 11.0_wp, 0.97_wp, & ! 13
826        240.0_wp, 4.00_wp, 0.60_wp, 0.00_wp,   0.83_wp,  0.83E-2_wp,    10.0_wp,   10.0_wp, 0.05_wp, 0.00_wp,  4.0_wp, 0.97_wp, & ! 14
827        225.0_wp, 3.00_wp, 0.50_wp, 0.00_wp,   0.10_wp,  0.10E-2_wp,    10.0_wp,   10.0_wp, 0.05_wp, 0.00_wp,  4.0_wp, 0.97_wp, & ! 15
828        225.0_wp, 1.50_wp, 0.50_wp, 0.00_wp,   0.25_wp,  0.25E-2_wp,    10.0_wp,   10.0_wp, 0.05_wp, 0.00_wp,  4.0_wp, 0.97_wp, & ! 16
829        250.0_wp, 5.00_wp, 1.00_wp, 0.03_wp,   2.00_wp,     2.00_wp,    20.0_wp,   15.0_wp, 0.03_wp, 0.00_wp,  7.0_wp, 0.97_wp, & ! 17
830        175.0_wp, 2.50_wp, 1.00_wp, 0.03_wp,   1.10_wp,     1.10_wp,    20.0_wp,   15.0_wp, 0.03_wp, 0.00_wp,  8.0_wp, 0.97_wp  & ! 18
831                                                               /), (/ 12, 18 /) )
832
833                                   
834!
835!-- Root distribution for default soil layer configuration (sum = 1)
836!--                                level 1 - level 4 according to zs_ref
837    REAL(wp), DIMENSION(0:3,1:18), PARAMETER :: root_distribution = RESHAPE( (/ &
838                                 1.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp,            & !  1
839                                 0.24_wp, 0.41_wp, 0.31_wp, 0.04_wp,            & !  2
840                                 0.35_wp, 0.38_wp, 0.23_wp, 0.04_wp,            & !  3
841                                 0.26_wp, 0.39_wp, 0.29_wp, 0.06_wp,            & !  4
842                                 0.26_wp, 0.38_wp, 0.29_wp, 0.07_wp,            & !  5
843                                 0.24_wp, 0.38_wp, 0.31_wp, 0.07_wp,            & !  6
844                                 0.25_wp, 0.34_wp, 0.27_wp, 0.14_wp,            & !  7
845                                 0.27_wp, 0.27_wp, 0.27_wp, 0.09_wp,            & !  8
846                                 1.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp,            & !  9
847                                 0.47_wp, 0.45_wp, 0.08_wp, 0.00_wp,            & ! 10
848                                 0.24_wp, 0.41_wp, 0.31_wp, 0.04_wp,            & ! 11
849                                 0.17_wp, 0.31_wp, 0.33_wp, 0.19_wp,            & ! 12
850                                 0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp, 0.00_wp,            & ! 13
851                                 0.25_wp, 0.34_wp, 0.27_wp, 0.11_wp,            & ! 14
852                                 0.23_wp, 0.36_wp, 0.30_wp, 0.11_wp,            & ! 15
853                                 0.23_wp, 0.36_wp, 0.30_wp, 0.11_wp,            & ! 16
854                                 0.19_wp, 0.35_wp, 0.36_wp, 0.10_wp,            & ! 17
855                                 0.19_wp, 0.35_wp, 0.36_wp, 0.10_wp             & ! 18
856                                 /), (/ 4, 18 /) )
857
858!
859!-- Soil parameters according to the following porosity classes (soil_type)
860
861!
862!-- Soil parameters  alpha_vg,      l_vg,    n_vg, gamma_w_sat,    m_sat,     m_fc,   m_wilt,    m_res
863    REAL(wp), DIMENSION(0:7,1:6), PARAMETER :: soil_pars = RESHAPE( (/     &
864                      3.83_wp,  1.250_wp, 1.38_wp,  6.94E-6_wp, 0.403_wp, 0.244_wp, 0.059_wp, 0.025_wp,& ! 1
865                      3.14_wp, -2.342_wp, 1.28_wp,  1.16E-6_wp, 0.439_wp, 0.347_wp, 0.151_wp, 0.010_wp,& ! 2
866                      0.83_wp, -0.588_wp, 1.25_wp,  0.26E-6_wp, 0.430_wp, 0.383_wp, 0.133_wp, 0.010_wp,& ! 3
867                      3.67_wp, -1.977_wp, 1.10_wp,  2.87E-6_wp, 0.520_wp, 0.448_wp, 0.279_wp, 0.010_wp,& ! 4
868                      2.65_wp,  2.500_wp, 1.10_wp,  1.74E-6_wp, 0.614_wp, 0.541_wp, 0.335_wp, 0.010_wp,& ! 5
869                      1.30_wp,  0.400_wp, 1.20_wp,  0.93E-6_wp, 0.766_wp, 0.663_wp, 0.267_wp, 0.010_wp & ! 6
870                                                                     /), (/ 8, 6 /) )
871
872
873!
874!-- TO BE FILLED
875!-- Pavement parameters      z0,       z0h, albedo_type, emissivity 
876    REAL(wp), DIMENSION(0:3,1:15), PARAMETER :: pavement_pars = RESHAPE( (/ &
877                      5.0E-2_wp, 5.0E-4_wp,     18.0_wp,    0.97_wp,  & !  1
878                      5.0E-2_wp, 5.0E-4_wp,     19.0_wp,    0.94_wp,  & !  2
879                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     20.0_wp,    0.98_wp,  & !  3                                 
880                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     21.0_wp,    0.93_wp,  & !  4
881                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     22.0_wp,    0.97_wp,  & !  5
882                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     23.0_wp,    0.97_wp,  & !  6
883                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     24.0_wp,    0.97_wp,  & !  7
884                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     25.0_wp,    0.94_wp,  & !  8
885                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     26.0_wp,    0.98_wp,  & !  9                                 
886                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     27.0_wp,    0.93_wp,  & ! 10
887                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     28.0_wp,    0.97_wp,  & ! 11
888                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     29.0_wp,    0.97_wp,  & ! 12
889                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     30.0_wp,    0.97_wp,  & ! 13
890                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     31.0_wp,    0.94_wp,  & ! 14
891                      1.0E-2_wp, 1.0E-4_wp,     32.0_wp,    0.98_wp   & ! 15
892                      /), (/ 4, 15 /) )                             
893!
894!-- Pavement subsurface parameters part 1: thermal conductivity (W/m/K)
895!--   0.0-0.01, 0.01-0.03, 0.03-0.07, 0.07-0.15, 0.15-0.30, 0.30-0.50,    0.50-1.25,    1.25-3.00
896    REAL(wp), DIMENSION(0:7,1:15), PARAMETER :: pavement_subsurface_pars_1 = RESHAPE( (/ &
897       0.75_wp,   0.75_wp,   0.75_wp,   0.75_wp,   0.75_wp,   0.75_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  1
898       0.75_wp,   0.75_wp,   0.75_wp,   0.75_wp,   0.75_wp,   0.75_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  2
899       0.89_wp,   0.89_wp,   0.89_wp,   0.89_wp,   0.89_wp,   0.89_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  3
900       1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  4
901       1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  5
902       1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  6
903       1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  7
904       1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  8
905       0.70_wp,   0.70_wp,   0.70_wp,   0.70_wp,   0.70_wp,   0.70_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  9
906       1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & ! 10
907       1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & ! 11
908       1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & ! 12
909       1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & ! 13
910       1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & ! 14
911       1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp,   1.00_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp  & ! 15
912       /), (/ 8, 15 /) )
913
914!
915!-- Pavement subsurface parameters part 2: volumetric heat capacity (J/m3/K)
916!--     0.0-0.01, 0.01-0.03, 0.03-0.07, 0.07-0.15, 0.15-0.30, 0.30-0.50,    0.50-1.25,    1.25-3.00
917    REAL(wp), DIMENSION(0:7,1:15), PARAMETER :: pavement_subsurface_pars_2 = RESHAPE( (/ &
918       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  1
919       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  2
920       1.76E6_wp, 1.76E6_wp, 1.76E6_wp, 1.76E6_wp, 1.76E6_wp, 1.76E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  3
921       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  4
922       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  5
923       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  6
924       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  7
925       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  8
926       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & !  9
927       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & ! 10
928       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & ! 11
929       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & ! 12
930       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & ! 13
931       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp, & ! 14
932       1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 1.94E6_wp, 9999999.9_wp, 9999999.9_wp  & ! 15
933                           /), (/ 8, 15 /) )
934 
935!
936!-- TO BE FILLED
937!-- Water parameters                    temperature,     z0,      z0h, albedo_type, emissivity,
938    REAL(wp), DIMENSION(0:6,1:5), PARAMETER :: water_pars = RESHAPE( (/ &
939       283.0_wp, 0.01_wp, 0.001_wp, 1.0E10_wp, 1.0E10_wp, 1.0_wp, 0.99_wp, & ! 1
940       283.0_wp, 0.01_wp, 0.001_wp, 1.0E10_wp, 1.0E10_wp, 1.0_wp, 0.99_wp, & ! 2
941       283.0_wp, 0.01_wp, 0.001_wp, 1.0E10_wp, 1.0E10_wp, 1.0_wp, 0.99_wp, & ! 3
942       283.0_wp, 0.01_wp, 0.001_wp, 1.0E10_wp, 1.0E10_wp, 1.0_wp, 0.99_wp, & ! 4
943       283.0_wp, 0.01_wp, 0.001_wp, 1.0E10_wp, 1.0E10_wp, 1.0_wp, 0.99_wp  & ! 5
944                                                                     /), (/ 7, 5 /) )                                                                   
945                                                                                                                                     
946    SAVE
947
948
949    PRIVATE
950
951   
952!
953!-- Public functions
954    PUBLIC lsm_boundary_condition, lsm_check_data_output,                      &
955           lsm_check_data_output_pr,                                           &
956           lsm_check_parameters, lsm_define_netcdf_grid, lsm_3d_data_averaging,& 
957           lsm_data_output_2d, lsm_data_output_3d, lsm_energy_balance,         &
958           lsm_header, lsm_init, lsm_init_arrays, lsm_parin, lsm_soil_model,   &
959           lsm_swap_timelevel, lsm_rrd_local, lsm_wrd_local
960! !vegetat
961!-- Public parameters, constants and initial values
962    PUBLIC aero_resist_kray, skip_time_do_lsm
963
964!
965!-- Public grid variables
966    PUBLIC nzb_soil, nzs, nzt_soil, zs
967
968!
969!-- Public prognostic variables
970    PUBLIC m_soil_h, t_soil_h
971
972    INTERFACE lsm_boundary_condition
973       MODULE PROCEDURE lsm_boundary_condition
974    END INTERFACE lsm_boundary_condition
975
976    INTERFACE lsm_check_data_output
977       MODULE PROCEDURE lsm_check_data_output
978    END INTERFACE lsm_check_data_output
979   
980    INTERFACE lsm_check_data_output_pr
981       MODULE PROCEDURE lsm_check_data_output_pr
982    END INTERFACE lsm_check_data_output_pr
983   
984    INTERFACE lsm_check_parameters
985       MODULE PROCEDURE lsm_check_parameters
986    END INTERFACE lsm_check_parameters
987   
988    INTERFACE lsm_3d_data_averaging
989       MODULE PROCEDURE lsm_3d_data_averaging
990    END INTERFACE lsm_3d_data_averaging
991
992    INTERFACE lsm_data_output_2d
993       MODULE PROCEDURE lsm_data_output_2d
994    END INTERFACE lsm_data_output_2d
995
996    INTERFACE lsm_data_output_3d
997       MODULE PROCEDURE lsm_data_output_3d
998    END INTERFACE lsm_data_output_3d
999
1000    INTERFACE lsm_define_netcdf_grid
1001       MODULE PROCEDURE lsm_define_netcdf_grid
1002    END INTERFACE lsm_define_netcdf_grid
1003
1004    INTERFACE lsm_energy_balance
1005       MODULE PROCEDURE lsm_energy_balance
1006    END INTERFACE lsm_energy_balance
1007
1008    INTERFACE lsm_header
1009       MODULE PROCEDURE lsm_header
1010    END INTERFACE lsm_header
1011   
1012    INTERFACE lsm_init
1013       MODULE PROCEDURE lsm_init
1014    END INTERFACE lsm_init
1015
1016    INTERFACE lsm_init_arrays
1017       MODULE PROCEDURE lsm_init_arrays
1018    END INTERFACE lsm_init_arrays
1019   
1020    INTERFACE lsm_parin
1021       MODULE PROCEDURE lsm_parin
1022    END INTERFACE lsm_parin
1023   
1024    INTERFACE lsm_soil_model
1025       MODULE PROCEDURE lsm_soil_model
1026    END INTERFACE lsm_soil_model
1027
1028    INTERFACE lsm_swap_timelevel
1029       MODULE PROCEDURE lsm_swap_timelevel
1030    END INTERFACE lsm_swap_timelevel
1031
1032    INTERFACE lsm_rrd_local
1033       MODULE PROCEDURE lsm_rrd_local
1034    END INTERFACE lsm_rrd_local
1035
1036    INTERFACE lsm_wrd_local
1037       MODULE PROCEDURE lsm_wrd_local
1038    END INTERFACE lsm_wrd_local
1039
1040 CONTAINS
1041
1042
1043!------------------------------------------------------------------------------!
1044! Description:
1045! ------------
1046!> Set internal Neumann boundary condition at outer soil grid points
1047!> for temperature and humidity.
1048!------------------------------------------------------------------------------!
1049 SUBROUTINE lsm_boundary_condition
1050 
1051    IMPLICIT NONE
1052
1053    INTEGER(iwp) :: i      !< grid index x-direction
1054    INTEGER(iwp) :: ioff   !< offset index x-direction indicating location of soil grid point
1055    INTEGER(iwp) :: j      !< grid index y-direction
1056    INTEGER(iwp) :: joff   !< offset index x-direction indicating location of soil grid point
1057    INTEGER(iwp) :: k      !< grid index z-direction
1058    INTEGER(iwp) :: koff   !< offset index x-direction indicating location of soil grid point
1059    INTEGER(iwp) :: l      !< running index surface-orientation
1060    INTEGER(iwp) :: m      !< running index surface elements
1061
1062    koff = surf_lsm_h%koff
1063    DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
1064       i = surf_lsm_h%i(m)
1065       j = surf_lsm_h%j(m)
1066       k = surf_lsm_h%k(m)
1067       pt(k+koff,j,i) = pt(k,j,i)
1068    ENDDO
1069
1070    DO  l = 0, 3
1071       ioff = surf_lsm_v(l)%ioff
1072       joff = surf_lsm_v(l)%joff
1073       DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
1074          i = surf_lsm_v(l)%i(m)
1075          j = surf_lsm_v(l)%j(m)
1076          k = surf_lsm_v(l)%k(m)
1077          pt(k,j+joff,i+ioff) = pt(k,j,i)
1078       ENDDO
1079    ENDDO
1080!
1081!-- In case of humidity, set boundary conditions also for q and vpt.
1082    IF ( humidity )  THEN
1083       koff = surf_lsm_h%koff
1084       DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
1085          i = surf_lsm_h%i(m)
1086          j = surf_lsm_h%j(m)
1087          k = surf_lsm_h%k(m)
1088          q(k+koff,j,i)   = q(k,j,i)
1089          vpt(k+koff,j,i) = vpt(k,j,i)
1090       ENDDO
1091
1092       DO  l = 0, 3
1093          ioff = surf_lsm_v(l)%ioff
1094          joff = surf_lsm_v(l)%joff
1095          DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
1096             i = surf_lsm_v(l)%i(m)
1097             j = surf_lsm_v(l)%j(m)
1098             k = surf_lsm_v(l)%k(m)
1099             q(k,j+joff,i+ioff)   = q(k,j,i)
1100             vpt(k,j+joff,i+ioff) = vpt(k,j,i)
1101          ENDDO
1102       ENDDO
1103    ENDIF
1104
1105 END SUBROUTINE lsm_boundary_condition
1106
1107!------------------------------------------------------------------------------!
1108! Description:
1109! ------------
1110!> Check data output for land surface model
1111!------------------------------------------------------------------------------!
1112 SUBROUTINE lsm_check_data_output( var, unit, i, ilen, k )
1113 
1114 
1115    USE control_parameters,                                                    &
1116        ONLY:  data_output, message_string
1117
1118    IMPLICIT NONE
1119
1120    CHARACTER (LEN=*) ::  unit  !<
1121    CHARACTER (LEN=*) ::  var   !<
1122
1123    INTEGER(iwp) :: i
1124    INTEGER(iwp) :: ilen   
1125    INTEGER(iwp) :: k
1126
1127    SELECT CASE ( TRIM( var ) )
1128
1129       CASE ( 'm_soil' )
1130          IF (  .NOT.  land_surface )  THEN
1131             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
1132                      'res land_surface = .TRUE.'
1133             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0404', 1, 2, 0, 6, 0 )
1134          ENDIF
1135          unit = 'm3/m3'
1136           
1137       CASE ( 't_soil' )
1138          IF (  .NOT.  land_surface )  THEN
1139             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
1140                      'res land_surface = .TRUE.'
1141             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0404', 1, 2, 0, 6, 0 )
1142          ENDIF
1143          unit = 'K'   
1144             
1145       CASE ( 'lai*', 'c_liq*', 'c_soil*', 'c_veg*', 'm_liq*',                 &
1146              'qsws_liq*', 'qsws_soil*', 'qsws_veg*', 'r_s*' )
1147          IF ( k == 0  .OR.  data_output(i)(ilen-2:ilen) /= '_xy' )  THEN
1148             message_string = 'illegal value for data_output: "' //            &
1149                              TRIM( var ) // '" & only 2d-horizontal ' //      &
1150                              'cross sections are allowed for this value'
1151             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0111', 1, 2, 0, 6, 0 )
1152          ENDIF
1153          IF ( TRIM( var ) == 'lai*'  .AND.  .NOT.  land_surface )  THEN
1154             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
1155                              'res land_surface = .TRUE.'
1156             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0404', 1, 2, 0, 6, 0 )
1157          ENDIF
1158          IF ( TRIM( var ) == 'c_liq*'  .AND.  .NOT.  land_surface )  THEN
1159             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
1160                              'res land_surface = .TRUE.'
1161             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0404', 1, 2, 0, 6, 0 )
1162          ENDIF
1163          IF ( TRIM( var ) == 'c_soil*'  .AND.  .NOT.  land_surface )  THEN
1164             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
1165                              'res land_surface = .TRUE.'
1166             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0404', 1, 2, 0, 6, 0 )
1167          ENDIF
1168          IF ( TRIM( var ) == 'c_veg*'  .AND.  .NOT. land_surface )  THEN
1169             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
1170                              'res land_surface = .TRUE.'
1171             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0404', 1, 2, 0, 6, 0 )
1172          ENDIF
1173          IF ( TRIM( var ) == 'm_liq*'  .AND.  .NOT.  land_surface )  THEN
1174             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
1175                              'res land_surface = .TRUE.'
1176             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0404', 1, 2, 0, 6, 0 )
1177          ENDIF
1178          IF ( TRIM( var ) == 'qsws_liq*'  .AND.  .NOT. land_surface )         &
1179          THEN
1180             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
1181                              'res land_surface = .TRUE.'
1182             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0404', 1, 2, 0, 6, 0 )
1183          ENDIF
1184          IF ( TRIM( var ) == 'qsws_soil*'  .AND.  .NOT.  land_surface )       &
1185          THEN
1186             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
1187                              'res land_surface = .TRUE.'
1188             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0404', 1, 2, 0, 6, 0 )
1189          ENDIF
1190          IF ( TRIM( var ) == 'qsws_veg*'  .AND.  .NOT. land_surface )         &
1191          THEN
1192             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
1193                              'res land_surface = .TRUE.'
1194             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0404', 1, 2, 0, 6, 0 )
1195          ENDIF
1196          IF ( TRIM( var ) == 'r_s*'  .AND.  .NOT.  land_surface )             &
1197          THEN
1198             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
1199                              'res land_surface = .TRUE.'
1200             CALL message( 'lsm_check_data_output', 'PA0404', 1, 2, 0, 6, 0 )
1201          ENDIF
1202
1203          IF ( TRIM( var ) == 'lai*'   )      unit = 'none' 
1204          IF ( TRIM( var ) == 'c_liq*' )      unit = 'none'
1205          IF ( TRIM( var ) == 'c_soil*')      unit = 'none'
1206          IF ( TRIM( var ) == 'c_veg*' )      unit = 'none'
1207          IF ( TRIM( var ) == 'm_liq*'     )  unit = 'm'
1208          IF ( TRIM( var ) == 'qsws_liq*'  )  unit = 'W/m2'
1209          IF ( TRIM( var ) == 'qsws_soil*' )  unit = 'W/m2'
1210          IF ( TRIM( var ) == 'qsws_veg*'  )  unit = 'W/m2'
1211          IF ( TRIM( var ) == 'r_s*')         unit = 's/m' 
1212             
1213       CASE DEFAULT
1214          unit = 'illegal'
1215
1216    END SELECT
1217
1218
1219 END SUBROUTINE lsm_check_data_output
1220
1221
1222
1223!------------------------------------------------------------------------------!
1224! Description:
1225! ------------
1226!> Check data output of profiles for land surface model
1227!------------------------------------------------------------------------------!
1228 SUBROUTINE lsm_check_data_output_pr( variable, var_count, unit, dopr_unit )
1229 
1230    USE control_parameters,                                                    &
1231        ONLY:  data_output_pr, message_string
1232
1233    USE indices
1234
1235    USE profil_parameter
1236
1237    USE statistics
1238
1239    IMPLICIT NONE
1240   
1241    CHARACTER (LEN=*) ::  unit      !<
1242    CHARACTER (LEN=*) ::  variable  !<
1243    CHARACTER (LEN=*) ::  dopr_unit !< local value of dopr_unit
1244 
1245    INTEGER(iwp) ::  user_pr_index !<
1246    INTEGER(iwp) ::  var_count     !<
1247
1248    SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
1249       
1250       CASE ( 't_soil', '#t_soil' )
1251          IF (  .NOT.  land_surface )  THEN
1252             message_string = 'data_output_pr = ' //                           &
1253                              TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' //    &
1254                              'not implemented for land_surface = .FALSE.'
1255             CALL message( 'lsm_check_data_output_pr', 'PA0402', 1, 2, 0, 6, 0 )
1256          ELSE
1257             dopr_index(var_count) = 89
1258             dopr_unit     = 'K'
1259             hom(0:nzs-1,2,89,:)  = SPREAD( - zs(nzb_soil:nzt_soil), 2, statistic_regions+1 )
1260             IF ( data_output_pr(var_count)(1:1) == '#' )  THEN
1261                dopr_initial_index(var_count) = 90
1262                hom(0:nzs-1,2,90,:)   = SPREAD( - zs(nzb_soil:nzt_soil), 2, statistic_regions+1 )
1263                data_output_pr(var_count)     = data_output_pr(var_count)(2:)
1264             ENDIF
1265             unit = dopr_unit
1266          ENDIF
1267
1268       CASE ( 'm_soil', '#m_soil' )
1269          IF (  .NOT.  land_surface )  THEN
1270             message_string = 'data_output_pr = ' //                           &
1271                              TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' //    &
1272                              ' not implemented for land_surface = .FALSE.'
1273             CALL message( 'lsm_check_data_output_pr', 'PA0402', 1, 2, 0, 6, 0 )
1274          ELSE
1275             dopr_index(var_count) = 91
1276             dopr_unit     = 'm3/m3'
1277             hom(0:nzs-1,2,91,:)  = SPREAD( - zs(nzb_soil:nzt_soil), 2, statistic_regions+1 )
1278             IF ( data_output_pr(var_count)(1:1) == '#' )  THEN
1279                dopr_initial_index(var_count) = 92
1280                hom(0:nzs-1,2,92,:)   = SPREAD( - zs(nzb_soil:nzt_soil), 2, statistic_regions+1 )
1281                data_output_pr(var_count)     = data_output_pr(var_count)(2:)
1282             ENDIF
1283             unit = dopr_unit
1284          ENDIF
1285
1286
1287       CASE DEFAULT
1288          unit = 'illegal'
1289
1290    END SELECT
1291
1292
1293 END SUBROUTINE lsm_check_data_output_pr
1294 
1295 
1296!------------------------------------------------------------------------------!
1297! Description:
1298! ------------
1299!> Check parameters routine for land surface model
1300!------------------------------------------------------------------------------!
1301 SUBROUTINE lsm_check_parameters
1302
1303    USE control_parameters,                                                    &
1304        ONLY:  bc_pt_b, bc_q_b, constant_flux_layer, message_string,           &
1305               most_method
1306                     
1307   
1308    IMPLICIT NONE
1309
1310    INTEGER(iwp) ::  k        !< running index, z-dimension
1311
1312!
1313!-- Check for a valid setting of surface_type. The default value is 'netcdf'.
1314!-- In that case, the surface types are read from NetCDF file
1315    IF ( TRIM( surface_type ) /= 'vegetation'  .AND.                           &
1316         TRIM( surface_type ) /= 'pavement'    .AND.                           &
1317         TRIM( surface_type ) /= 'water'       .AND.                           &
1318         TRIM( surface_type ) /= 'netcdf' )  THEN 
1319       message_string = 'unknown surface type: surface_type = "' //            &
1320                        TRIM( surface_type ) // '"'
1321       CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0019', 1, 2, 0, 6, 0 )
1322    ENDIF
1323
1324!
1325!-- Dirichlet boundary conditions are required as the surface fluxes are
1326!-- calculated from the temperature/humidity gradients in the land surface
1327!-- model
1328    IF ( bc_pt_b == 'neumann'  .OR.  bc_q_b == 'neumann' )  THEN
1329       message_string = 'lsm requires setting of'//                            &
1330                        'bc_pt_b = "dirichlet" and '//                         &
1331                        'bc_q_b  = "dirichlet"'
1332       CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0399', 1, 2, 0, 6, 0 )
1333    ENDIF
1334
1335    IF (  .NOT.  constant_flux_layer )  THEN
1336       message_string = 'lsm requires '//                                      &
1337                        'constant_flux_layer = .T.'
1338       CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0400', 1, 2, 0, 6, 0 )
1339    ENDIF
1340   
1341    IF (  .NOT.  radiation )  THEN
1342       message_string = 'lsm requires '//                                      &
1343                        'the radiation model to be switched on'
1344       CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0400', 1, 2, 0, 6, 0 )
1345    ENDIF
1346
1347    IF ( TRIM( surface_type ) == 'vegetation' )  THEN
1348   
1349       IF ( vegetation_type == 0 )  THEN
1350          IF ( min_canopy_resistance == 9999999.9_wp )  THEN
1351             message_string = 'vegetation_type = 0 (user defined)'//           &
1352                              'requires setting of min_canopy_resistance'//    &
1353                              '/= 9999999.9'
1354             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
1355          ENDIF
1356
1357          IF ( leaf_area_index == 9999999.9_wp )  THEN
1358             message_string = 'vegetation_type = 0 (user_defined)'//           &
1359                              'requires setting of leaf_area_index'//          &
1360                              '/= 9999999.9'
1361             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
1362          ENDIF
1363
1364          IF ( vegetation_coverage == 9999999.9_wp )  THEN
1365             message_string = 'vegetation_type = 0 (user_defined)'//           &
1366                              'requires setting of vegetation_coverage'//      &
1367                              '/= 9999999.9'
1368                CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
1369          ENDIF
1370
1371          IF ( canopy_resistance_coefficient == 9999999.9_wp)  THEN
1372             message_string = 'vegetation_type = 0 (user_defined)'//           &
1373                              'requires setting of'//                          &
1374                              'canopy_resistance_coefficient /= 9999999.9'
1375             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
1376          ENDIF
1377
1378          IF ( lambda_surface_stable == 9999999.9_wp )  THEN
1379             message_string = 'vegetation_type = 0 (user_defined)'//           &
1380                              'requires setting of lambda_surface_stable'//    &
1381                              '/= 9999999.9'
1382             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
1383          ENDIF
1384
1385          IF ( lambda_surface_unstable == 9999999.9_wp )  THEN
1386             message_string = 'vegetation_type = 0 (user_defined)'//           &
1387                              'requires setting of lambda_surface_unstable'//  &
1388                              '/= 9999999.9'
1389             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
1390          ENDIF
1391
1392          IF ( f_shortwave_incoming == 9999999.9_wp )  THEN
1393             message_string = 'vegetation_type = 0 (user_defined)'//           &
1394                              'requires setting of f_shortwave_incoming'//     &
1395                              '/= 9999999.9'
1396             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
1397          ENDIF
1398
1399          IF ( z0_vegetation == 9999999.9_wp )  THEN
1400             message_string = 'vegetation_type = 0 (user_defined)'//           &
1401                              'requires setting of z0_vegetation'//            &
1402                              '/= 9999999.9'
1403             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
1404          ENDIF
1405
1406          IF ( z0h_vegetation == 9999999.9_wp )  THEN
1407             message_string = 'vegetation_type = 0 (user_defined)'//           &
1408                              'requires setting of z0h_vegetation'//           &
1409                              '/= 9999999.9'
1410             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
1411          ENDIF
1412       ENDIF
1413
1414       IF ( vegetation_type == 1 )  THEN
1415          IF ( vegetation_coverage /= 9999999.9_wp  .AND.  vegetation_coverage &
1416               /= 0.0_wp )  THEN
1417             message_string = 'vegetation_type = 1 (bare soil)'//              &
1418                              ' requires vegetation_coverage = 0'
1419             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0294', 1, 2, 0, 6, 0 )
1420          ENDIF
1421       ENDIF
1422 
1423    ENDIF
1424   
1425    IF ( TRIM( surface_type ) == 'water' )  THEN
1426
1427       IF ( TRIM( most_method ) == 'lookup' )  THEN   
1428          WRITE( message_string, * ) 'surface_type = ', surface_type,          &
1429                                     ' is not allowed in combination with ',   &
1430                                     'most_method = ', most_method
1431          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0414', 1, 2, 0, 6, 0 )
1432       ENDIF
1433
1434       IF ( water_type == 0 )  THEN 
1435       
1436          IF ( z0_water == 9999999.9_wp )  THEN
1437             message_string = 'water_type = 0 (user_defined)'//                &
1438                              'requires setting of z0_water'//                 &
1439                              '/= 9999999.9'
1440             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0415', 1, 2, 0, 6, 0 )
1441          ENDIF
1442
1443          IF ( z0h_water == 9999999.9_wp )  THEN
1444             message_string = 'water_type = 0 (user_defined)'//                &
1445                              'requires setting of z0h_water'//                &
1446                              '/= 9999999.9'
1447             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0392', 1, 2, 0, 6, 0 )
1448          ENDIF
1449         
1450          IF ( water_temperature == 9999999.9_wp )  THEN
1451             message_string = 'water_type = 0 (user_defined)'//                &
1452                              'requires setting of water_temperature'//        &
1453                              '/= 9999999.9'
1454             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0379', 1, 2, 0, 6, 0 )
1455          ENDIF       
1456         
1457       ENDIF
1458       
1459    ENDIF
1460   
1461    IF ( TRIM( surface_type ) == 'pavement' )  THEN
1462
1463       IF ( ANY( dz_soil /= 9999999.9_wp )  .AND.  pavement_type /= 0 )  THEN
1464          message_string = 'non-default setting of dz_soil '//                  &
1465                           'does not allow to use pavement_type /= 0)'
1466             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0341', 1, 2, 0, 6, 0 )
1467          ENDIF
1468
1469       IF ( pavement_type == 0 )  THEN 
1470       
1471          IF ( z0_pavement == 9999999.9_wp )  THEN
1472             message_string = 'pavement_type = 0 (user_defined)'//             &
1473                              'requires setting of z0_pavement'//              &
1474                              '/= 9999999.9'
1475             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0352', 1, 2, 0, 6, 0 )
1476          ENDIF
1477         
1478          IF ( z0h_pavement == 9999999.9_wp )  THEN
1479             message_string = 'pavement_type = 0 (user_defined)'//             &
1480                              'requires setting of z0h_pavement'//             &
1481                              '/= 9999999.9'
1482             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0353', 1, 2, 0, 6, 0 )
1483          ENDIF
1484         
1485          IF ( pavement_heat_conduct == 9999999.9_wp )  THEN
1486             message_string = 'pavement_type = 0 (user_defined)'//             &
1487                              'requires setting of pavement_heat_conduct'//    &
1488                              '/= 9999999.9'
1489             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0342', 1, 2, 0, 6, 0 )
1490          ENDIF
1491         
1492           IF ( pavement_heat_capacity == 9999999.9_wp )  THEN
1493             message_string = 'pavement_type = 0 (user_defined)'//             &
1494                              'requires setting of pavement_heat_capacity'//   &
1495                              '/= 9999999.9'
1496             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0139', 1, 2, 0, 6, 0 )
1497          ENDIF
1498
1499          IF ( pavement_depth_level == 0 )  THEN
1500             message_string = 'pavement_type = 0 (user_defined)'//             &
1501                              'requires setting of pavement_depth_level'//     &
1502                              '/= 0'
1503             CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0474', 1, 2, 0, 6, 0 )
1504          ENDIF
1505
1506       ENDIF
1507   
1508    ENDIF
1509
1510    IF ( TRIM( surface_type ) == 'netcdf' )  THEN
1511       IF ( ANY( water_type_f%var /= water_type_f%fill )  .AND.                &
1512            TRIM( most_method ) == 'lookup' )  THEN   
1513          WRITE( message_string, * ) 'water-surfaces are not allowed in ' //   &
1514                                     'combination with most_method = ',        &
1515                                     TRIM( most_method )
1516          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0999', 2, 2, 0, 6, 0 )
1517       ENDIF
1518!
1519!--    MS: Some problme here, after calling message everythings stucks at
1520!--        MPI_FINALIZE call.
1521       IF ( ANY( pavement_type_f%var /= pavement_type_f%fill )  .AND.           &
1522            ANY( dz_soil /= 9999999.9_wp ) )  THEN
1523          message_string = 'pavement-surfaces are not allowed in ' //           &
1524                           'combination with a non-default setting of dz_soil'
1525          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0999', 2, 2, 0, 6, 0 )
1526       ENDIF
1527    ENDIF
1528   
1529!
1530!-- Temporary message as long as NetCDF input is not available
1531    IF ( TRIM( surface_type ) == 'netcdf'  .AND.  .NOT.  input_pids_static )   &
1532    THEN
1533       message_string = 'surface_type = netcdf requires static input file.'
1534       CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0465', 1, 2, 0, 6, 0 )
1535    ENDIF
1536
1537    IF ( soil_type == 0 )  THEN
1538
1539       IF ( alpha_vangenuchten == 9999999.9_wp )  THEN
1540          message_string = 'soil_type = 0 (user_defined)'//                    &
1541                           'requires setting of alpha_vangenuchten'//          &
1542                           '/= 9999999.9'
1543          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0403', 1, 2, 0, 6, 0 )
1544       ENDIF
1545
1546       IF ( l_vangenuchten == 9999999.9_wp )  THEN
1547          message_string = 'soil_type = 0 (user_defined)'//                    &
1548                           'requires setting of l_vangenuchten'//              &
1549                           '/= 9999999.9'
1550          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0403', 1, 2, 0, 6, 0 )
1551       ENDIF
1552
1553       IF ( n_vangenuchten == 9999999.9_wp )  THEN
1554          message_string = 'soil_type = 0 (user_defined)'//                    &
1555                           'requires setting of n_vangenuchten'//              &
1556                           '/= 9999999.9'
1557          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0403', 1, 2, 0, 6, 0 )
1558       ENDIF
1559
1560       IF ( hydraulic_conductivity == 9999999.9_wp )  THEN
1561          message_string = 'soil_type = 0 (user_defined)'//                    &
1562                           'requires setting of hydraulic_conductivity'//      &
1563                           '/= 9999999.9'
1564          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0403', 1, 2, 0, 6, 0 )
1565       ENDIF
1566
1567       IF ( saturation_moisture == 9999999.9_wp )  THEN
1568          message_string = 'soil_type = 0 (user_defined)'//                    &
1569                           'requires setting of saturation_moisture'//         &
1570                           '/= 9999999.9'
1571          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0403', 1, 2, 0, 6, 0 )
1572       ENDIF
1573
1574       IF ( field_capacity == 9999999.9_wp )  THEN
1575          message_string = 'soil_type = 0 (user_defined)'//                    &
1576                           'requires setting of field_capacity'//              &
1577                           '/= 9999999.9'
1578          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0403', 1, 2, 0, 6, 0 )
1579       ENDIF
1580
1581       IF ( wilting_point == 9999999.9_wp )  THEN
1582          message_string = 'soil_type = 0 (user_defined)'//                    &
1583                           'requires setting of wilting_point'//               &
1584                           '/= 9999999.9'
1585          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0403', 1, 2, 0, 6, 0 )
1586       ENDIF
1587
1588       IF ( residual_moisture == 9999999.9_wp )  THEN
1589          message_string = 'soil_type = 0 (user_defined)'//                    &
1590                           'requires setting of residual_moisture'//           &
1591                           '/= 9999999.9'
1592          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0403', 1, 2, 0, 6, 0 )
1593       ENDIF
1594
1595    ENDIF
1596
1597
1598!!! these checks are not needed for water surfaces??
1599
1600!
1601!-- Determine number of soil layers to be used and check whether an appropriate
1602!-- root fraction is prescribed
1603    nzb_soil = 0
1604    nzt_soil = -1
1605    IF ( ALL( dz_soil == 9999999.9_wp ) )  THEN
1606       nzt_soil = 7
1607       dz_soil(nzb_soil:nzt_soil) = dz_soil_default
1608    ELSE
1609       DO k = 0, 19
1610          IF ( dz_soil(k) /= 9999999.9_wp )  THEN
1611             nzt_soil = nzt_soil + 1
1612          ENDIF
1613       ENDDO   
1614    ENDIF
1615    nzs = nzt_soil + 1
1616
1617!
1618!-- Check whether valid soil temperatures are prescribed
1619    IF ( COUNT( soil_temperature /= 9999999.9_wp ) /= nzs )  THEN
1620       WRITE( message_string, * ) 'number of soil layers (', nzs, ') does not',&
1621                                  ' match to the number of layers specified',  &
1622                                  ' in soil_temperature (', COUNT(             &
1623                                   soil_temperature /= 9999999.9_wp ), ')'
1624          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0471', 1, 2, 0, 6, 0 )
1625    ENDIF
1626
1627    IF ( deep_soil_temperature == 9999999.9_wp ) THEN
1628          message_string = 'deep_soil_temperature is not set but must be'//    &
1629                           '/= 9999999.9'
1630          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0472', 1, 2, 0, 6, 0 )
1631    ENDIF
1632
1633!
1634!-- Check whether the sum of all root fractions equals one
1635    IF ( vegetation_type == 0 )  THEN
1636       IF ( SUM( root_fraction(nzb_soil:nzt_soil) ) /= 1.0_wp )  THEN
1637          message_string = 'vegetation_type = 0 (user_defined)'//              &
1638                           'requires setting of root_fraction'//               &
1639                           '/= 9999999.9 and SUM(root_fraction) = 1'
1640          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0401', 1, 2, 0, 6, 0 )
1641       ENDIF
1642    ENDIF   
1643   
1644   
1645!
1646!-- Check for proper setting of soil moisture, must not be larger than its
1647!-- saturation value.
1648    DO  k = nzb_soil, nzt_soil
1649       IF ( soil_moisture(k) > saturation_moisture )  THEN
1650          message_string = 'soil_moisture must not exceed its saturation' //    &
1651                            ' value'
1652          CALL message( 'lsm_check_parameters', 'PA0458', 1, 2, 0, 6, 0 )
1653       ENDIF
1654    ENDDO
1655 
1656!
1657!-- Calculate grid spacings. Temperature and moisture are defined at
1658!-- the center of the soil layers, whereas gradients/fluxes are
1659!-- defined at the edges (_layer)
1660!
1661!-- Allocate global 1D arrays
1662    ALLOCATE ( ddz_soil_center(nzb_soil:nzt_soil) )
1663    ALLOCATE ( ddz_soil(nzb_soil:nzt_soil+1) )
1664    ALLOCATE ( dz_soil_center(nzb_soil:nzt_soil) )
1665    ALLOCATE ( zs(nzb_soil:nzt_soil+1) )
1666
1667
1668    zs(nzb_soil) = 0.5_wp * dz_soil(nzb_soil)
1669    zs_layer(nzb_soil) = dz_soil(nzb_soil)
1670
1671    DO  k = nzb_soil+1, nzt_soil
1672       zs_layer(k) = zs_layer(k-1) + dz_soil(k)
1673       zs(k) = (zs_layer(k) +  zs_layer(k-1)) * 0.5_wp
1674    ENDDO
1675
1676    dz_soil(nzt_soil+1) = zs_layer(nzt_soil) + dz_soil(nzt_soil)
1677    zs(nzt_soil+1) = zs_layer(nzt_soil) + 0.5_wp * dz_soil(nzt_soil)
1678 
1679    DO  k = nzb_soil, nzt_soil-1
1680       dz_soil_center(k) = zs(k+1) - zs(k)
1681       IF ( dz_soil_center(k) <= 0.0_wp )  THEN
1682          message_string = 'invalid soil layer configuration found ' //        &
1683                           '(dz_soil_center(k) <= 0.0)'
1684          CALL message( 'lsm_rrd_local', 'PA0140', 1, 2, 0, 6, 0 )
1685       ENDIF 
1686    ENDDO
1687 
1688    dz_soil_center(nzt_soil) = zs_layer(k-1) + dz_soil(k) - zs(nzt_soil)
1689       
1690    ddz_soil_center = 1.0_wp / dz_soil_center
1691    ddz_soil(nzb_soil:nzt_soil) = 1.0_wp / dz_soil(nzb_soil:nzt_soil)
1692
1693
1694
1695 END SUBROUTINE lsm_check_parameters
1696 
1697!------------------------------------------------------------------------------!
1698! Description:
1699! ------------
1700!> Solver for the energy balance at the surface.
1701!------------------------------------------------------------------------------!
1702 SUBROUTINE lsm_energy_balance( horizontal, l )
1703
1704    USE diagnostic_quantities_mod,                                             &
1705        ONLY:  magnus
1706
1707    USE pegrid
1708
1709    IMPLICIT NONE
1710
1711    INTEGER(iwp) ::  i         !< running index
1712    INTEGER(iwp) ::  i_off     !< offset to determine index of surface element, seen from atmospheric grid point, for x
1713    INTEGER(iwp) ::  j         !< running index
1714    INTEGER(iwp) ::  j_off     !< offset to determine index of surface element, seen from atmospheric grid point, for y
1715    INTEGER(iwp) ::  k         !< running index
1716    INTEGER(iwp) ::  k_off     !< offset to determine index of surface element, seen from atmospheric grid point, for z
1717    INTEGER(iwp) ::  ks        !< running index
1718    INTEGER(iwp) ::  l         !< surface-facing index
1719    INTEGER(iwp) ::  m         !< running index concerning wall elements
1720
1721    LOGICAL      ::  horizontal !< Flag indicating horizontal or vertical surfaces
1722
1723    REAL(wp) :: c_surface_tmp,& !< temporary variable for storing the volumetric heat capacity of the surface
1724                f1,          & !< resistance correction term 1
1725                f2,          & !< resistance correction term 2
1726                f3,          & !< resistance correction term 3
1727                m_min,       & !< minimum soil moisture
1728                e,           & !< water vapour pressure
1729                e_s,         & !< water vapour saturation pressure
1730                e_s_dt,      & !< derivate of e_s with respect to T
1731                tend,        & !< tendency
1732                dq_s_dt,     & !< derivate of q_s with respect to T
1733                coef_1,      & !< coef. for prognostic equation
1734                coef_2,      & !< coef. for prognostic equation
1735                f_qsws,      & !< factor for qsws
1736                f_qsws_veg,  & !< factor for qsws_veg
1737                f_qsws_soil, & !< factor for qsws_soil
1738                f_qsws_liq,  & !< factor for qsws_liq
1739                f_shf,       & !< factor for shf
1740                lambda_soil, & !< Thermal conductivity of the uppermost soil layer (W/m2/K)
1741                lambda_surface, & !< Current value of lambda_surface (W/m2/K)
1742                m_liq_max      !< maxmimum value of the liq. water reservoir
1743
1744    TYPE(surf_type_lsm), POINTER ::  surf_t_surface
1745    TYPE(surf_type_lsm), POINTER ::  surf_t_surface_p
1746    TYPE(surf_type_lsm), POINTER ::  surf_tt_surface_m
1747    TYPE(surf_type_lsm), POINTER ::  surf_m_liq
1748    TYPE(surf_type_lsm), POINTER ::  surf_m_liq_p
1749    TYPE(surf_type_lsm), POINTER ::  surf_tm_liq_m
1750
1751    TYPE(surf_type_lsm), POINTER ::  surf_m_soil
1752    TYPE(surf_type_lsm), POINTER ::  surf_t_soil
1753
1754    TYPE(surf_type), POINTER  ::  surf  !< surface-date type variable
1755
1756    IF ( horizontal )  THEN
1757       surf              => surf_lsm_h
1758
1759       surf_t_surface    => t_surface_h
1760       surf_t_surface_p  => t_surface_h_p
1761       surf_tt_surface_m => tt_surface_h_m
1762       surf_m_liq        => m_liq_h
1763       surf_m_liq_p      => m_liq_h_p
1764       surf_tm_liq_m     => tm_liq_h_m
1765       surf_m_soil       => m_soil_h
1766       surf_t_soil       => t_soil_h
1767    ELSE
1768       surf              => surf_lsm_v(l)
1769
1770       surf_t_surface    => t_surface_v(l)
1771       surf_t_surface_p  => t_surface_v_p(l)
1772       surf_tt_surface_m => tt_surface_v_m(l)
1773       surf_m_liq        => m_liq_v(l)
1774       surf_m_liq_p      => m_liq_v_p(l)
1775       surf_tm_liq_m     => tm_liq_v_m(l)
1776       surf_m_soil       => m_soil_v(l)
1777       surf_t_soil       => t_soil_v(l)
1778    ENDIF
1779
1780!
1781!-- Index offset of surface element point with respect to adjoining
1782!-- atmospheric grid point
1783    k_off = surf%koff
1784    j_off = surf%joff
1785    i_off = surf%ioff
1786
1787!
1788!-- Calculate the exner function for the current time step
1789    exn = ( surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
1790
1791    DO  m = 1, surf%ns
1792
1793       i   = surf%i(m)           
1794       j   = surf%j(m)
1795       k   = surf%k(m)
1796
1797!
1798!--    Define heat conductivity between surface and soil depending on surface
1799!--    type. For vegetation, a skin layer parameterization is used. The new
1800!--    parameterization uses a combination of two conductivities: a constant
1801!--    conductivity for the skin layer, and a conductivity according to the
1802!--    uppermost soil layer. For bare soil and pavements, no skin layer is
1803!--    applied. In these cases, the temperature is assumed to be constant
1804!--    between the surface and the first soil layer. The heat conductivity is
1805!--    then derived from the soil/pavement properties.
1806!--    For water surfaces, the conductivity is already set to 1E10.
1807!--    Moreover, the heat capacity is set. For bare soil the heat capacity is
1808!--    the capacity of the uppermost soil layer, for pavement it is that of
1809!--    the material involved.
1810
1811!
1812!--    for vegetation type surfaces, the thermal conductivity of the soil is
1813!--    needed
1814
1815       IF ( surf%vegetation_surface(m) )  THEN
1816
1817          lambda_h_sat = lambda_h_sm**(1.0_wp - surf%m_sat(nzb_soil,m)) *      &
1818                         lambda_h_water ** surf_m_soil%var_2d(nzb_soil,m)
1819                         
1820          ke = 1.0_wp + LOG10( MAX( 0.1_wp, surf_m_soil%var_2d(nzb_soil,m) /   &
1821                                                     surf%m_sat(nzb_soil,m) ) )                   
1822                         
1823          lambda_soil = (ke * (lambda_h_sat - lambda_h_dry) + lambda_h_dry )   &
1824                           * ddz_soil(nzb_soil) * 2.0_wp
1825
1826!
1827!--       When bare soil is set without a thermal conductivity (no skin layer),
1828!--       a heat capacity is that of the soil layer, otherwise it is a
1829!--       combination of the conductivities from the skin and the soil layer
1830          IF ( surf%lambda_surface_s(m) == 0.0_wp )  THEN
1831            surf%c_surface(m) = (rho_c_soil * (1.0_wp - surf%m_sat(nzb_soil,m))&
1832                              + rho_c_water * surf_m_soil%var_2d(nzb_soil,m) ) &
1833                              * dz_soil(nzb_soil) * 0.5_wp   
1834            lambda_surface = lambda_soil
1835
1836          ELSE IF ( surf_t_surface%var_1d(m) >= surf_t_soil%var_2d(nzb_soil,m))&
1837          THEN
1838             lambda_surface = surf%lambda_surface_s(m) * lambda_soil           &
1839                              / ( surf%lambda_surface_s(m) + lambda_soil )
1840          ELSE
1841
1842             lambda_surface = surf%lambda_surface_u(m) * lambda_soil           &
1843                              / ( surf%lambda_surface_u(m) + lambda_soil )
1844          ENDIF
1845       ELSE
1846          lambda_surface = surf%lambda_surface_s(m)
1847       ENDIF
1848
1849!
1850!--    Set heat capacity of the skin/surface. It is ususally zero when a skin
1851!--    layer is used, and non-zero otherwise.
1852       c_surface_tmp = surf%c_surface(m) 
1853
1854!
1855!--    First step: calculate aerodyamic resistance. As pt, us, ts
1856!--    are not available for the prognostic time step, data from the last
1857!--    time step is used here. Note that this formulation is the
1858!--    equivalent to the ECMWF formulation using drag coefficients
1859!        IF ( cloud_physics )  THEN
1860!           pt1 = pt(k,j,i) + l_d_cp * pt_d_t(k) * ql(k,j,i)
1861!           qv1 = q(k,j,i) - ql(k,j,i)
1862!        ELSEIF ( cloud_droplets ) THEN
1863!           pt1 = pt(k,j,i) + l_d_cp * pt_d_t(k) * ql(k,j,i)
1864!           qv1 = q(k,j,i)
1865!        ELSE
1866!           pt1 = pt(k,j,i)
1867!           IF ( humidity )  THEN
1868!              qv1 = q(k,j,i)
1869!           ELSE
1870!              qv1 = 0.0_wp
1871!           ENDIF
1872!        ENDIF
1873!
1874!--     Calculation of r_a for vertical surfaces
1875!--
1876!--     heat transfer coefficient for forced convection along vertical walls
1877!--     follows formulation in TUF3d model (Krayenhoff & Voogt, 2006)
1878!--           
1879!--       H = httc (Tsfc - Tair)
1880!--       httc = rw * (11.8 + 4.2 * Ueff) - 4.0
1881!--           
1882!--             rw: wall patch roughness relative to 1.0 for concrete
1883!--             Ueff: effective wind speed
1884!--             - 4.0 is a reduction of Rowley et al (1930) formulation based on
1885!--             Cole and Sturrock (1977)
1886!--           
1887!--             Ucan: Canyon wind speed
1888!--             wstar: convective velocity
1889!--             Qs: surface heat flux
1890!--             zH: height of the convective layer
1891!--             wstar = (g/Tcan*Qs*zH)**(1./3.)
1892               
1893!--    Effective velocity components must always
1894!--    be defined at scalar grid point. The wall normal component is
1895!--    obtained by simple linear interpolation. ( An alternative would
1896!--    be an logarithmic interpolation. )
1897!--    A roughness lenght of 0.001 is assumed for concrete (the inverse,
1898!--    1000 is used in the nominator for scaling)
1899!--    To do: detailed investigation which approach gives more reliable results!
1900!--    Please note, in case of very small friction velocity, e.g. in little
1901!--    holes, the resistance can become negative. For this reason, limit r_a
1902!--    to positive values.
1903       IF ( horizontal  .OR.  .NOT. aero_resist_kray )  THEN
1904          surf%r_a(m) = ABS( ( surf%pt1(m) - surf%pt_surface(m) ) /            &
1905                             ( surf%ts(m) * surf%us(m) + 1.0E-20_wp ) )
1906       ELSE
1907          surf%r_a(m) = rho_cp / ( surf%z0(m) * 1000.0_wp                      &
1908                        * ( 11.8_wp + 4.2_wp *                                 &
1909                        SQRT( MAX( ( ( u(k,j,i) + u(k,j,i+1) ) * 0.5_wp )**2 + &
1910                                   ( ( v(k,j,i) + v(k,j+1,i) ) * 0.5_wp )**2 + &
1911                                   ( ( w(k,j,i) + w(k-1,j,i) ) * 0.5_wp )**2,  &
1912                              0.01_wp ) )                                      &
1913                           )  - 4.0_wp  ) 
1914       ENDIF
1915!
1916!--    Make sure that the resistance does not drop to zero for neutral
1917!--    stratification.
1918       IF ( surf%r_a(m) < 1.0_wp )  surf%r_a(m) = 1.0_wp
1919!
1920!--    Second step: calculate canopy resistance r_canopy
1921!--    f1-f3 here are defined as 1/f1-f3 as in ECMWF documentation
1922 
1923!--    f1: correction for incoming shortwave radiation (stomata close at
1924!--    night)
1925       f1 = MIN( 1.0_wp, ( 0.004_wp * surf%rad_sw_in(m) + 0.05_wp ) /          &
1926                        (0.81_wp * (0.004_wp * surf%rad_sw_in(m)               &
1927                         + 1.0_wp)) )
1928
1929!
1930!--    f2: correction for soil moisture availability to plants (the
1931!--    integrated soil moisture must thus be considered here)
1932!--    f2 = 0 for very dry soils
1933       m_total = 0.0_wp
1934       DO  ks = nzb_soil, nzt_soil
1935           m_total = m_total + surf%root_fr(ks,m)                              &
1936                     * MAX( surf_m_soil%var_2d(ks,m), surf%m_wilt(ks,m) )
1937       ENDDO
1938
1939!
1940!--    The calculation of f2 is based on only one wilting point value for all
1941!--    soil layers. The value at k=nzb_soil is used here as a proxy but might
1942!--    need refinement in the future.
1943       IF ( m_total > surf%m_wilt(nzb_soil,m)  .AND.                           &
1944            m_total < surf%m_fc(nzb_soil,m) )  THEN
1945          f2 = ( m_total - surf%m_wilt(nzb_soil,m) ) /                         &
1946               ( surf%m_fc(nzb_soil,m) - surf%m_wilt(nzb_soil,m) )
1947       ELSEIF ( m_total >= surf%m_fc(nzb_soil,m) )  THEN
1948          f2 = 1.0_wp
1949       ELSE
1950          f2 = 1.0E-20_wp
1951       ENDIF
1952
1953!
1954!--    Calculate water vapour pressure at saturation and convert to hPa
1955!--    The magnus formula is limited to temperatures up to 333.15 K to
1956!--    avoid negative values of q_s
1957       e_s = 0.01_wp * magnus( MIN(surf_t_surface%var_1d(m), 333.15_wp) )
1958
1959!
1960!--    f3: correction for vapour pressure deficit
1961       IF ( surf%g_d(m) /= 0.0_wp )  THEN
1962!
1963!--       Calculate vapour pressure
1964          e  = surf%qv1(m) * surface_pressure / ( surf%qv1(m) + 0.622_wp )
1965          f3 = EXP ( - surf%g_d(m) * (e_s - e) )
1966       ELSE
1967          f3 = 1.0_wp
1968       ENDIF
1969!
1970!--    Calculate canopy resistance. In case that c_veg is 0 (bare soils),
1971!--    this calculation is obsolete, as r_canopy is not used below.
1972!--    To do: check for very dry soil -> r_canopy goes to infinity
1973       surf%r_canopy(m) = surf%r_canopy_min(m) /                               &
1974                              ( surf%lai(m) * f1 * f2 * f3 + 1.0E-20_wp )
1975!
1976!--    Third step: calculate bare soil resistance r_soil.
1977       m_min = surf%c_veg(m) * surf%m_wilt(nzb_soil,m) +                       &
1978                         ( 1.0_wp - surf%c_veg(m) ) * surf%m_res(nzb_soil,m)
1979
1980
1981       f2 = ( surf_m_soil%var_2d(nzb_soil,m) - m_min ) /                       &
1982            ( surf%m_fc(nzb_soil,m) - m_min )
1983       f2 = MAX( f2, 1.0E-20_wp )
1984       f2 = MIN( f2, 1.0_wp     )
1985
1986       surf%r_soil(m) = surf%r_soil_min(m) / f2
1987       
1988!
1989!--    Calculate the maximum possible liquid water amount on plants and
1990!--    bare surface. For vegetated surfaces, a maximum depth of 0.2 mm is
1991!--    assumed, while paved surfaces might hold up 1 mm of water. The
1992!--    liquid water fraction for paved surfaces is calculated after
1993!--    Noilhan & Planton (1989), while the ECMWF formulation is used for
1994!--    vegetated surfaces and bare soils.
1995       IF ( surf%pavement_surface(m) )  THEN
1996          m_liq_max = m_max_depth * 5.0_wp
1997          surf%c_liq(m) = MIN( 1.0_wp, ( surf_m_liq%var_1d(m) / m_liq_max)**0.67 )
1998       ELSE
1999          m_liq_max = m_max_depth * ( surf%c_veg(m) * surf%lai(m)              &
2000                      + ( 1.0_wp - surf%c_veg(m) ) )
2001          surf%c_liq(m) = MIN( 1.0_wp, surf_m_liq%var_1d(m) / m_liq_max )
2002       ENDIF
2003!
2004!--    Calculate saturation water vapor mixing ratio
2005       q_s = 0.622_wp * e_s / ( surface_pressure - e_s )
2006!
2007!--    In case of dewfall, set evapotranspiration to zero
2008!--    All super-saturated water is then removed from the air
2009       IF ( humidity  .AND.  q_s <= surf%qv1(m) )  THEN
2010          surf%r_canopy(m) = 0.0_wp
2011          surf%r_soil(m)   = 0.0_wp
2012       ENDIF
2013
2014!
2015!--    Calculate coefficients for the total evapotranspiration
2016!--    In case of water surface, set vegetation and soil fluxes to zero.
2017!--    For pavements, only evaporation of liquid water is possible.
2018       IF ( surf%water_surface(m) )  THEN
2019          f_qsws_veg  = 0.0_wp
2020          f_qsws_soil = 0.0_wp
2021          f_qsws_liq  = rho_lv / surf%r_a(m)
2022       ELSEIF ( surf%pavement_surface (m) )  THEN
2023          f_qsws_veg  = 0.0_wp
2024          f_qsws_soil = 0.0_wp
2025          f_qsws_liq  = rho_lv * surf%c_liq(m) / surf%r_a(m)
2026       ELSE
2027          f_qsws_veg  = rho_lv * surf%c_veg(m) *                               &
2028                            ( 1.0_wp        - surf%c_liq(m)    ) /             &
2029                            ( surf%r_a(m) + surf%r_canopy(m) )
2030          f_qsws_soil = rho_lv * (1.0_wp    - surf%c_veg(m)    ) /             &
2031                            ( surf%r_a(m) + surf%r_soil(m)   )
2032          f_qsws_liq  = rho_lv * surf%c_veg(m) * surf%c_liq(m)   /             &
2033                              surf%r_a(m)
2034       ENDIF
2035
2036       f_shf  = rho_cp / surf%r_a(m)
2037       f_qsws = f_qsws_veg + f_qsws_soil + f_qsws_liq
2038!
2039!--    Calculate derivative of q_s for Taylor series expansion
2040       e_s_dt = e_s * ( 17.62_wp / ( surf_t_surface%var_1d(m) - 29.65_wp) -   &
2041                        17.62_wp*( surf_t_surface%var_1d(m) - 273.15_wp)      &
2042                       / ( surf_t_surface%var_1d(m) - 29.65_wp)**2 )
2043
2044       dq_s_dt = 0.622_wp * e_s_dt / ( surface_pressure - e_s_dt )
2045!
2046!--    Calculate net radiation radiation without longwave outgoing flux because
2047!--    it has a dependency on surface temperature and thus enters the prognostic
2048!--    equations directly
2049       surf%rad_net_l(m) = surf%rad_sw_in(m) - surf%rad_sw_out(m)              &
2050                           + surf%rad_lw_in(m)
2051!
2052!--    Calculate new skin temperature
2053       IF ( humidity )  THEN
2054!
2055!--       Numerator of the prognostic equation
2056          coef_1 = surf%rad_net_l(m) + surf%rad_lw_out_change_0(m)             &
2057                   * surf_t_surface%var_1d(m) - surf%rad_lw_out(m)             &
2058                   + f_shf * surf%pt1(m) + f_qsws * ( surf%qv1(m) - q_s        &
2059                   + dq_s_dt * surf_t_surface%var_1d(m) ) + lambda_surface     &
2060                   * surf_t_soil%var_2d(nzb_soil,m)
2061
2062!
2063!--       Denominator of the prognostic equation
2064          coef_2 = surf%rad_lw_out_change_0(m) + f_qsws * dq_s_dt              &
2065                   + lambda_surface + f_shf / exn
2066       ELSE
2067!
2068!--       Numerator of the prognostic equation
2069          coef_1 = surf%rad_net_l(m) + surf%rad_lw_out_change_0(m)             &
2070                   * surf_t_surface%var_1d(m) - surf%rad_lw_out(m)             &
2071                   + f_shf * surf%pt1(m)  + lambda_surface                     &
2072                   * surf_t_soil%var_2d(nzb_soil,m)
2073!
2074!--       Denominator of the prognostic equation
2075          coef_2 = surf%rad_lw_out_change_0(m) + lambda_surface + f_shf / exn
2076
2077       ENDIF
2078
2079       tend = 0.0_wp
2080
2081!
2082!--    Implicit solution when the surface layer has no heat capacity,
2083!--    otherwise use RK3 scheme.
2084       surf_t_surface_p%var_1d(m) = ( coef_1 * dt_3d * tsc(2) + c_surface_tmp *&
2085                          surf_t_surface%var_1d(m) ) / ( c_surface_tmp + coef_2&
2086                                             * dt_3d * tsc(2) ) 
2087
2088!
2089!--    Add RK3 term
2090       IF ( c_surface_tmp /= 0.0_wp )  THEN
2091
2092          surf_t_surface_p%var_1d(m) = surf_t_surface_p%var_1d(m) + dt_3d *    &
2093                                       tsc(3) * surf_tt_surface_m%var_1d(m)
2094
2095!
2096!--       Calculate true tendency
2097          tend = ( surf_t_surface_p%var_1d(m) - surf_t_surface%var_1d(m) -     &
2098                   dt_3d * tsc(3) * surf_tt_surface_m%var_1d(m)) / (dt_3d  * tsc(2))
2099!
2100!--       Calculate t_surface tendencies for the next Runge-Kutta step
2101          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2102             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
2103                surf_tt_surface_m%var_1d(m) = tend
2104             ELSEIF ( intermediate_timestep_count <                            &
2105                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
2106                surf_tt_surface_m%var_1d(m) = -9.5625_wp * tend +              &
2107                                               5.3125_wp * surf_tt_surface_m%var_1d(m)
2108             ENDIF
2109          ENDIF
2110       ENDIF
2111
2112!
2113!--    In case of fast changes in the skin temperature, it is possible to
2114!--    update the radiative fluxes independently from the prescribed
2115!--    radiation call frequency. This effectively prevents oscillations,
2116!--    especially when setting skip_time_do_radiation /= 0. The threshold
2117!--    value of 0.2 used here is just a first guess. This method should be
2118!--    revised in the future as tests have shown that the threshold is
2119!--    often reached, when no oscillations would occur (causes immense
2120!--    computing time for the radiation code).
2121       IF ( ABS( surf_t_surface_p%var_1d(m) - surf_t_surface%var_1d(m) )       &
2122            > 0.2_wp  .AND. &
2123            unscheduled_radiation_calls )  THEN
2124          force_radiation_call_l = .TRUE.
2125       ENDIF
2126
2127
2128!        pt(k+k_off,j+j_off,i+i_off) = surf_t_surface_p%var_1d(m) / exn  !is actually no air temperature
2129       surf%pt_surface(m)          = surf_t_surface_p%var_1d(m) / exn
2130
2131!
2132!--    Calculate fluxes
2133       surf%rad_net_l(m) = surf%rad_net_l(m) +                                 &
2134                            surf%rad_lw_out_change_0(m)                        &
2135                          * surf_t_surface%var_1d(m) - surf%rad_lw_out(m)      &
2136                          - surf%rad_lw_out_change_0(m) * surf_t_surface_p%var_1d(m)
2137
2138       surf%rad_net(m) = surf%rad_net_l(m)
2139       surf%rad_lw_out(m) = surf%rad_lw_out(m) + surf%rad_lw_out_change_0(m) * &
2140                     ( surf_t_surface_p%var_1d(m) - surf_t_surface%var_1d(m) )
2141
2142       surf%ghf(m) = lambda_surface * ( surf_t_surface_p%var_1d(m)             &
2143                                             - surf_t_soil%var_2d(nzb_soil,m) )
2144
2145       surf%shf(m) = - f_shf * ( surf%pt1(m) - surf%pt_surface(m) ) / cp
2146
2147       IF ( humidity )  THEN
2148          surf%qsws(m)  = - f_qsws * ( surf%qv1(m) - q_s + dq_s_dt             &
2149                          * surf_t_surface%var_1d(m) - dq_s_dt *               &
2150                            surf_t_surface_p%var_1d(m) )
2151
2152          surf%qsws_veg(m)  = - f_qsws_veg  * ( surf%qv1(m) - q_s              &
2153                              + dq_s_dt * surf_t_surface%var_1d(m) - dq_s_dt   &
2154                              * surf_t_surface_p%var_1d(m) )
2155
2156          surf%qsws_soil(m) = - f_qsws_soil * ( surf%qv1(m) - q_s              &
2157                              + dq_s_dt * surf_t_surface%var_1d(m) - dq_s_dt   &
2158                              * surf_t_surface_p%var_1d(m) )
2159
2160          surf%qsws_liq(m)  = - f_qsws_liq  * ( surf%qv1(m) - q_s              &
2161                              + dq_s_dt * surf_t_surface%var_1d(m) - dq_s_dt   &
2162                              * surf_t_surface_p%var_1d(m) )
2163       ENDIF
2164
2165!
2166!--    Calculate the true surface resistance. ABS is used here to avoid negative
2167!--    values that can occur for very small fluxes due to the artifical addition
2168!--    of 1.0E-20.
2169       IF ( .NOT.  humidity )  THEN
2170          surf%r_s(m) = 1.0E10_wp
2171       ELSE
2172          surf%r_s(m) = ABS(rho_lv / (f_qsws + 1.0E-20_wp) - surf%r_a(m))
2173       ENDIF
2174!
2175!--    Calculate change in liquid water reservoir due to dew fall or
2176!--    evaporation of liquid water
2177       IF ( humidity )  THEN
2178!
2179!--       If precipitation is activated, add rain water to qsws_liq
2180!--       and qsws_soil according the the vegetation coverage.
2181!--       precipitation_rate is given in mm.
2182          IF ( precipitation )  THEN
2183
2184!
2185!--          Add precipitation to liquid water reservoir, if possible.
2186!--          Otherwise, add the water to soil. In case of
2187!--          pavements, the exceeding water amount is implicitely removed
2188!--          as runoff as qsws_soil is then not used in the soil model
2189             IF ( surf_m_liq%var_1d(m) /= m_liq_max )  THEN
2190                surf%qsws_liq(m) = surf%qsws_liq(m)                            &
2191                                 + surf%c_veg(m) * prr(k+k_off,j+j_off,i+i_off)&
2192                                 * hyrho(k+k_off)                              &
2193                                 * 0.001_wp * rho_l * l_v
2194             ELSE
2195                surf%qsws_soil(m) = surf%qsws_soil(m)                          &
2196                                 + surf%c_veg(m) * prr(k+k_off,j+j_off,i+i_off)&
2197                                 * hyrho(k+k_off)                              &
2198                                 * 0.001_wp * rho_l * l_v
2199             ENDIF
2200
2201!--          Add precipitation to bare soil according to the bare soil
2202!--          coverage.
2203             surf%qsws_soil(m) = surf%qsws_soil(m) + ( 1.0_wp                  &
2204                               - surf%c_veg(m) ) * prr(k+k_off,j+j_off,i+i_off)&
2205                               * hyrho(k+k_off)                                &
2206                               * 0.001_wp * rho_l * l_v
2207          ENDIF
2208
2209!
2210!--       If the air is saturated, check the reservoir water level
2211          IF ( surf%qsws(m) < 0.0_wp )  THEN
2212!
2213!--          Check if reservoir is full (avoid values > m_liq_max)
2214!--          In that case, qsws_liq goes to qsws_soil. In this
2215!--          case qsws_veg is zero anyway (because c_liq = 1),       
2216!--          so that tend is zero and no further check is needed
2217             IF ( surf_m_liq%var_1d(m) == m_liq_max )  THEN
2218                surf%qsws_soil(m) = surf%qsws_soil(m) + surf%qsws_liq(m)
2219
2220                surf%qsws_liq(m)  = 0.0_wp
2221             ENDIF
2222
2223!
2224!--          In case qsws_veg becomes negative (unphysical behavior),
2225!--          let the water enter the liquid water reservoir as dew on the
2226!--          plant
2227             IF ( surf%qsws_veg(m) < 0.0_wp )  THEN
2228                surf%qsws_liq(m) = surf%qsws_liq(m) + surf%qsws_veg(m)
2229                surf%qsws_veg(m) = 0.0_wp
2230             ENDIF
2231          ENDIF                   
2232 
2233          surf%qsws(m) = surf%qsws(m) / l_v
2234 
2235          tend = - surf%qsws_liq(m) * drho_l_lv
2236          surf_m_liq_p%var_1d(m) = surf_m_liq%var_1d(m) + dt_3d *              &
2237                                        ( tsc(2) * tend +                      &
2238                                          tsc(3) * surf_tm_liq_m%var_1d(m) )
2239!
2240!--       Check if reservoir is overfull -> reduce to maximum
2241!--       (conservation of water is violated here)
2242          surf_m_liq_p%var_1d(m) = MIN( surf_m_liq_p%var_1d(m),m_liq_max )
2243
2244!
2245!--       Check if reservoir is empty (avoid values < 0.0)
2246!--       (conservation of water is violated here)
2247          surf_m_liq_p%var_1d(m) = MAX( surf_m_liq_p%var_1d(m), 0.0_wp )
2248!
2249!--       Calculate m_liq tendencies for the next Runge-Kutta step
2250          IF ( timestep_scheme(1:5) == 'runge' )  THEN
2251             IF ( intermediate_timestep_count == 1 )  THEN
2252                surf_tm_liq_m%var_1d(m) = tend
2253             ELSEIF ( intermediate_timestep_count <                            &
2254                      intermediate_timestep_count_max )  THEN
2255                surf_tm_liq_m%var_1d(m) = -9.5625_wp * tend +                  &
2256                                           5.3125_wp * surf_tm_liq_m%var_1d(m)
2257             ENDIF
2258          ENDIF
2259
2260       ENDIF
2261
2262    ENDDO
2263
2264!
2265!-- Make a logical OR for all processes. Force radiation call if at
2266!-- least one processor reached the threshold change in skin temperature
2267    IF ( unscheduled_radiation_calls  .AND.  intermediate_timestep_count       &
2268         == intermediate_timestep_count_max-1 )  THEN
2269#if defined( __parallel )
2270       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
2271       CALL MPI_ALLREDUCE( force_radiation_call_l, force_radiation_call,       &
2272                           1, MPI_LOGICAL, MPI_LOR, comm2d, ierr )
2273#else
2274       force_radiation_call = force_radiation_call_l
2275#endif
2276       force_radiation_call_l = .FALSE.
2277    ENDIF
2278
2279!
2280!-- Calculate surface water vapor mixing ratio
2281    IF ( humidity )  THEN
2282       CALL calc_q_surface
2283    ENDIF
2284
2285!
2286!-- Calculate new roughness lengths (for water surfaces only)
2287    IF ( horizontal  .AND.  .NOT. constant_roughness )  CALL calc_z0_water_surface
2288
2289    CONTAINS
2290!------------------------------------------------------------------------------!
2291! Description:
2292! ------------
2293!> Calculation of mixing ratio of the skin layer (surface). It is assumend
2294!> that the skin is always saturated.
2295!------------------------------------------------------------------------------!
2296    SUBROUTINE calc_q_surface
2297
2298       USE diagnostic_quantities_mod
2299
2300       IMPLICIT NONE
2301
2302       REAL(wp) :: resistance    !< aerodynamic and soil resistance term
2303
2304       DO  m = 1, surf%ns
2305
2306          i   = surf%i(m)           
2307          j   = surf%j(m)
2308          k   = surf%k(m)
2309!
2310!--       Calculate water vapour pressure at saturation and convert to hPa
2311          e_s = 0.01_wp * magnus( MIN(surf_t_surface_p%var_1d(m), 333.15_wp) )                   
2312
2313!
2314!--       Calculate mixing ratio at saturation
2315          q_s = 0.622_wp * e_s / ( surface_pressure - e_s )
2316
2317          resistance = surf%r_a(m) / ( surf%r_a(m) + surf%r_s(m) + 1E-5_wp )
2318
2319!
2320!--       Calculate mixing ratio at surface
2321          IF ( cloud_physics )  THEN
2322             q(k+k_off,j+j_off,i+i_off) = resistance * q_s +                   &
2323                                        ( 1.0_wp - resistance ) *              &
2324                                        ( q(k,j,i) - ql(k,j,i) )
2325          ELSE
2326             q(k+k_off,j+j_off,i+i_off) = resistance * q_s +                   &
2327                                        ( 1.0_wp - resistance ) *              &
2328                                          q(k,j,i)
2329          ENDIF
2330         
2331          surf%q_surface(m) = q(k+k_off,j+j_off,i+i_off)
2332!
2333!--       Update virtual potential temperature
2334          surf%vpt_surface(m) = surf%pt_surface(m) *                           &
2335                                  ( 1.0_wp + 0.61_wp * surf%q_surface(m) )
2336
2337       
2338                     
2339       ENDDO
2340
2341    END SUBROUTINE calc_q_surface
2342
2343
2344
2345 END SUBROUTINE lsm_energy_balance
2346
2347
2348!------------------------------------------------------------------------------!
2349! Description:
2350! ------------
2351!> Header output for land surface model
2352!------------------------------------------------------------------------------!
2353    SUBROUTINE lsm_header ( io )
2354
2355
2356       IMPLICIT NONE
2357
2358       CHARACTER (LEN=86) ::  t_soil_chr          !< String for soil temperature profile
2359       CHARACTER (LEN=86) ::  roots_chr           !< String for root profile
2360       CHARACTER (LEN=86) ::  vertical_index_chr  !< String for the vertical index
2361       CHARACTER (LEN=86) ::  m_soil_chr          !< String for soil moisture
2362       CHARACTER (LEN=86) ::  soil_depth_chr      !< String for soil depth
2363       CHARACTER (LEN=10) ::  coor_chr            !< Temporary string
2364   
2365       INTEGER(iwp) ::  i                         !< Loop index over soil layers
2366 
2367       INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io            !< Unit of the output file
2368 
2369       t_soil_chr = ''
2370       m_soil_chr    = ''
2371       soil_depth_chr  = '' 
2372       roots_chr        = '' 
2373       vertical_index_chr   = ''
2374
2375       i = 1
2376       DO i = nzb_soil, nzt_soil
2377          WRITE (coor_chr,'(F10.2,7X)') soil_temperature(i)
2378          t_soil_chr = TRIM( t_soil_chr ) // ' ' // TRIM( coor_chr )
2379
2380          WRITE (coor_chr,'(F10.2,7X)') soil_moisture(i)
2381          m_soil_chr = TRIM( m_soil_chr ) // ' ' // TRIM( coor_chr )
2382
2383          WRITE (coor_chr,'(F10.2,7X)')  - zs(i)
2384          soil_depth_chr = TRIM( soil_depth_chr ) // ' '  // TRIM( coor_chr )
2385
2386          WRITE (coor_chr,'(F10.2,7X)')  root_fraction(i)
2387          roots_chr = TRIM( roots_chr ) // ' '  // TRIM( coor_chr )
2388
2389          WRITE (coor_chr,'(I10,7X)')  i
2390          vertical_index_chr = TRIM( vertical_index_chr ) // ' '  //           &
2391                               TRIM( coor_chr )
2392       ENDDO
2393
2394!
2395!--    Write land surface model header
2396       WRITE( io,  1 )
2397       IF ( conserve_water_content )  THEN
2398          WRITE( io, 2 )
2399       ELSE
2400          WRITE( io, 3 )
2401       ENDIF
2402
2403       IF ( vegetation_type_f%from_file )  THEN
2404          WRITE( io, 5 )
2405       ELSE
2406          WRITE( io, 4 ) TRIM( vegetation_type_name(vegetation_type) ),        &
2407                         TRIM (soil_type_name(soil_type) )
2408       ENDIF
2409       WRITE( io, 6 ) TRIM( soil_depth_chr ), TRIM( t_soil_chr ),              &
2410                        TRIM( m_soil_chr ), TRIM( roots_chr ),                 &
2411                        TRIM( vertical_index_chr )
2412
24131   FORMAT (//' Land surface model information:'/                              &
2414              ' ------------------------------'/)
24152   FORMAT ('    --> Soil bottom is closed (water content is conserved',       &
2416            ', default)')
24173   FORMAT ('    --> Soil bottom is open (water content is not conserved)')         
24184   FORMAT ('    --> Land surface type  : ',A,/                                &
2419            '    --> Soil porosity type : ',A)
24205   FORMAT ('    --> Land surface type  : read from file' /                    &
2421            '    --> Soil porosity type : read from file' )
24226   FORMAT (/'    Initial soil temperature and moisture profile:'//            &
2423            '       Height:        ',A,'  m'/                                  &
2424            '       Temperature:   ',A,'  K'/                                  &
2425            '       Moisture:      ',A,'  m**3/m**3'/                          &
2426            '       Root fraction: ',A,'  '/                                   &
2427            '       Grid point:    ',A)
2428
2429
2430    END SUBROUTINE lsm_header
2431
2432
2433!------------------------------------------------------------------------------!
2434! Description:
2435! ------------
2436!> Initialization of the land surface model
2437!------------------------------------------------------------------------------!
2438    SUBROUTINE lsm_init
2439   
2440       USE control_parameters,                                                 &
2441           ONLY:  message_string
2442
2443       USE indices,                                                            &
2444           ONLY:  nx, ny, topo_min_level
2445
2446       USE pmc_interface,                                                      &
2447           ONLY:  nested_run
2448   
2449       IMPLICIT NONE
2450
2451       LOGICAL      ::  init_soil_dynamically_in_child !< flag controlling initialization of soil in child domains
2452
2453       INTEGER(iwp) ::  i                       !< running index
2454       INTEGER(iwp) ::  i_off                   !< index offset of surface element, seen from atmospheric grid point
2455       INTEGER(iwp) ::  j                       !< running index
2456       INTEGER(iwp) ::  j_off                   !< index offset of surface element, seen from atmospheric grid point
2457       INTEGER(iwp) ::  k                       !< running index
2458       INTEGER(iwp) ::  kn                      !< running index
2459       INTEGER(iwp) ::  ko                      !< running index
2460       INTEGER(iwp) ::  kroot                   !< running index
2461       INTEGER(iwp) ::  kzs                     !< running index
2462       INTEGER(iwp) ::  l                       !< running index surface facing
2463       INTEGER(iwp) ::  m                       !< running index
2464       INTEGER(iwp) ::  st                      !< soil-type index
2465       INTEGER(iwp) ::  n_soil_layers_total     !< temperature variable, stores the total number of soil layers + 4
2466       INTEGER(iwp) ::  n_surf                  !< number of surface types of given surface element
2467
2468       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  bound, bound_root_fr  !< temporary arrays for storing index bounds
2469       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  pr_soil_init !< temporary array used for averaging soil profiles
2470
2471!
2472!--    Calculate Exner function
2473       exn = ( surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
2474!
2475!--    If no cloud physics is used, rho_surface has not been calculated before
2476       IF (  .NOT.  cloud_physics )  THEN
2477          CALL calc_mean_profile( pt, 4 )
2478          rho_surface = surface_pressure * 100.0_wp / ( r_d * hom(topo_min_level+1,1,4,0) * exn )
2479       ENDIF
2480
2481!
2482!--    Calculate frequently used parameters
2483       rho_cp    = cp * rho_surface
2484       rd_d_rv   = r_d / r_v
2485       rho_lv    = rho_surface * l_v
2486       drho_l_lv = 1.0_wp / (rho_l * l_v)
2487
2488!
2489!--    Set initial values for prognostic quantities
2490!--    Horizontal surfaces
2491       tt_surface_h_m%var_1d = 0.0_wp
2492       tt_soil_h_m%var_2d    = 0.0_wp
2493       tm_soil_h_m%var_2d    = 0.0_wp
2494       tm_liq_h_m%var_1d     = 0.0_wp
2495       surf_lsm_h%c_liq      = 0.0_wp
2496
2497       surf_lsm_h%ghf = 0.0_wp
2498
2499       surf_lsm_h%qsws_liq  = 0.0_wp
2500       surf_lsm_h%qsws_soil = 0.0_wp
2501       surf_lsm_h%qsws_veg  = 0.0_wp
2502
2503       surf_lsm_h%r_a        = 50.0_wp
2504       surf_lsm_h%r_s        = 50.0_wp
2505       surf_lsm_h%r_canopy   = 0.0_wp
2506       surf_lsm_h%r_soil     = 0.0_wp
2507!
2508!--    Do the same for vertical surfaces
2509       DO  l = 0, 3
2510          tt_surface_v_m(l)%var_1d = 0.0_wp
2511          tt_soil_v_m(l)%var_2d    = 0.0_wp
2512          tm_soil_v_m(l)%var_2d    = 0.0_wp
2513          tm_liq_v_m(l)%var_1d     = 0.0_wp
2514          surf_lsm_v(l)%c_liq      = 0.0_wp
2515
2516          surf_lsm_v(l)%ghf = 0.0_wp
2517
2518          surf_lsm_v(l)%qsws_liq  = 0.0_wp
2519          surf_lsm_v(l)%qsws_soil = 0.0_wp
2520          surf_lsm_v(l)%qsws_veg  = 0.0_wp
2521
2522          surf_lsm_v(l)%r_a        = 50.0_wp
2523          surf_lsm_v(l)%r_s        = 50.0_wp
2524          surf_lsm_v(l)%r_canopy   = 0.0_wp
2525          surf_lsm_v(l)%r_soil     = 0.0_wp
2526       ENDDO
2527
2528!
2529!--    Set initial values for prognostic soil quantities
2530       IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
2531          t_soil_h%var_2d = 0.0_wp
2532          m_soil_h%var_2d = 0.0_wp
2533          m_liq_h%var_1d  = 0.0_wp
2534
2535          DO  l = 0, 3
2536             t_soil_v(l)%var_2d = 0.0_wp
2537             m_soil_v(l)%var_2d = 0.0_wp
2538             m_liq_v(l)%var_1d  = 0.0_wp
2539          ENDDO
2540       ENDIF
2541!
2542!--    Allocate 3D soil model arrays
2543!--    First, for horizontal surfaces
2544       ALLOCATE ( surf_lsm_h%alpha_vg(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)    )
2545       ALLOCATE ( surf_lsm_h%gamma_w_sat(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns) )
2546       ALLOCATE ( surf_lsm_h%lambda_h(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)    )
2547       ALLOCATE ( surf_lsm_h%lambda_h_def(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns))
2548       ALLOCATE ( surf_lsm_h%l_vg(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)        )
2549       ALLOCATE ( surf_lsm_h%m_fc(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)        )
2550       ALLOCATE ( surf_lsm_h%m_res(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)       )
2551       ALLOCATE ( surf_lsm_h%m_sat(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)       )
2552       ALLOCATE ( surf_lsm_h%m_wilt(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)      )
2553       ALLOCATE ( surf_lsm_h%n_vg(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)        )
2554       ALLOCATE ( surf_lsm_h%rho_c_total(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns) )
2555       ALLOCATE ( surf_lsm_h%rho_c_total_def(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns) )
2556       ALLOCATE ( surf_lsm_h%root_fr(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)     )
2557   
2558       surf_lsm_h%lambda_h     = 0.0_wp
2559!
2560!--    If required, allocate humidity-related variables for the soil model
2561       IF ( humidity )  THEN
2562          ALLOCATE ( surf_lsm_h%lambda_w(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns) )
2563          ALLOCATE ( surf_lsm_h%gamma_w(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)  ) 
2564
2565          surf_lsm_h%lambda_w = 0.0_wp 
2566       ENDIF
2567!
2568!--    For vertical surfaces
2569       DO  l = 0, 3
2570          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%alpha_vg(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)    )
2571          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%gamma_w_sat(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns) )
2572          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%lambda_h(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)    )
2573          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%lambda_h_def(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns))
2574          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%l_vg(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)        )
2575          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%m_fc(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)        )
2576          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%m_res(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)       )
2577          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%m_sat(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)       )
2578          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%m_wilt(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)      )
2579          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%n_vg(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)        )
2580          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%rho_c_total(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns) ) 
2581          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%rho_c_total_def(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns) ) 
2582          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%root_fr(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)     )
2583
2584          surf_lsm_v(l)%lambda_h     = 0.0_wp 
2585         
2586!
2587!--       If required, allocate humidity-related variables for the soil model
2588          IF ( humidity )  THEN
2589             ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%lambda_w(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns) )
2590             ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%gamma_w(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)  ) 
2591
2592             surf_lsm_v(l)%lambda_w = 0.0_wp 
2593          ENDIF     
2594       ENDDO
2595!
2596!--    Allocate albedo type and emissivity for vegetation, water and pavement
2597!--    fraction.
2598!--    Set default values at each surface element.
2599       ALLOCATE ( surf_lsm_h%albedo_type(0:2,1:surf_lsm_h%ns) )
2600       ALLOCATE ( surf_lsm_h%emissivity(0:2,1:surf_lsm_h%ns) )
2601       surf_lsm_h%albedo_type = 0     
2602       surf_lsm_h%emissivity  = emissivity
2603       DO  l = 0, 3
2604          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%albedo_type(0:2,1:surf_lsm_v(l)%ns) )
2605          ALLOCATE ( surf_lsm_v(l)%emissivity(0:2,1:surf_lsm_v(l)%ns)  )
2606          surf_lsm_v(l)%albedo_type = 0
2607          surf_lsm_v(l)%emissivity  = emissivity
2608       ENDDO
2609!
2610!--    Allocate arrays for relative surface fraction.
2611!--    0 - vegetation fraction, 2 - water fraction, 1 - pavement fraction
2612       ALLOCATE( surf_lsm_h%frac(0:2,1:surf_lsm_h%ns) )
2613       surf_lsm_h%frac = 0.0_wp
2614       DO  l = 0, 3
2615          ALLOCATE( surf_lsm_v(l)%frac(0:2,1:surf_lsm_v(l)%ns) )
2616          surf_lsm_v(l)%frac = 0.0_wp
2617       ENDDO
2618!
2619!--    For vertical walls only - allocate special flag indicating if any building is on
2620!--    top of any natural surfaces. Used for initialization only.
2621       DO  l = 0, 3
2622          ALLOCATE( surf_lsm_v(l)%building_covered(1:surf_lsm_v(l)%ns) )
2623       ENDDO
2624!
2625!--    Set flag parameter for the prescribed surface type depending on user
2626!--    input. Set surface fraction to 1 for the respective type.
2627       SELECT CASE ( TRIM( surface_type ) )
2628         
2629          CASE ( 'vegetation' )
2630         
2631             surf_lsm_h%vegetation_surface = .TRUE.
2632             surf_lsm_h%frac(ind_veg_wall,:) = 1.0_wp
2633             DO  l = 0, 3
2634                surf_lsm_v(l)%vegetation_surface = .TRUE.
2635                surf_lsm_v(l)%frac(ind_veg_wall,:) = 1.0_wp
2636             ENDDO
2637   
2638          CASE ( 'water' )
2639             
2640             surf_lsm_h%water_surface = .TRUE.
2641             surf_lsm_h%frac(ind_wat_win,:) = 1.0_wp
2642!
2643!--          Note, vertical water surface does not really make sense.
2644             DO  l = 0, 3 
2645                surf_lsm_v(l)%water_surface   = .TRUE.
2646                surf_lsm_v(l)%frac(ind_wat_win,:) = 1.0_wp
2647             ENDDO
2648
2649          CASE ( 'pavement' )
2650             
2651             surf_lsm_h%pavement_surface = .TRUE.
2652                surf_lsm_h%frac(ind_pav_green,:) = 1.0_wp
2653             DO  l = 0, 3
2654                surf_lsm_v(l)%pavement_surface   = .TRUE.
2655                surf_lsm_v(l)%frac(ind_pav_green,:) = 1.0_wp
2656             ENDDO
2657
2658          CASE ( 'netcdf' )
2659
2660             DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
2661                i = surf_lsm_h%i(m)
2662                j = surf_lsm_h%j(m)
2663                IF ( vegetation_type_f%var(j,i) /= vegetation_type_f%fill )        &
2664                   surf_lsm_h%vegetation_surface(m) = .TRUE.
2665                IF ( pavement_type_f%var(j,i)   /= pavement_type_f%fill )          &
2666                   surf_lsm_h%pavement_surface(m) = .TRUE.
2667                IF ( water_type_f%var(j,i)      /= water_type_f%fill )             &
2668                   surf_lsm_h%water_surface(m) = .TRUE.
2669             ENDDO
2670             DO  l = 0, 3
2671                DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
2672!
2673!--                Only for vertical surfaces. Check if natural walls at reference
2674!--                grid point are covered by any building. This case, problems
2675!--                with initialization will aris if index offsets are used.
2676!--                In order to deal with this, set special flag.
2677                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) = .FALSE.
2678                   IF ( building_type_f%from_file )  THEN
2679                      i = surf_lsm_v(l)%i(m) + surf_lsm_v(l)%ioff
2680                      j = surf_lsm_v(l)%j(m) + surf_lsm_v(l)%joff
2681                      IF ( building_type_f%var(j,i) /= 0 )                     &
2682                         surf_lsm_v(l)%building_covered(m) = .TRUE.
2683                   ENDIF
2684!
2685!--                Normally proceed with setting surface types.
2686                   i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,     &
2687                                            surf_lsm_v(l)%building_covered(m) )
2688                   j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,     &
2689                                            surf_lsm_v(l)%building_covered(m) )
2690                   IF ( vegetation_type_f%var(j,i) /= vegetation_type_f%fill ) &
2691                      surf_lsm_v(l)%vegetation_surface(m) = .TRUE.
2692                   IF ( pavement_type_f%var(j,i)   /= pavement_type_f%fill )   &
2693                      surf_lsm_v(l)%pavement_surface(m) = .TRUE.
2694                   IF ( water_type_f%var(j,i)      /= water_type_f%fill )      &
2695                      surf_lsm_v(l)%water_surface(m) = .TRUE.
2696                ENDDO
2697             ENDDO
2698
2699       END SELECT
2700!
2701!--    In case of netcdf input file, further initialize surface fractions.
2702!--    At the moment only 1 surface is given at a location, so that the fraction
2703!--    is either 0 or 1. This will be revised later. If surface fraction
2704!--    is not given in static input file, relative fractions will be derived
2705!--    from given surface type. In this case, only 1 type is given at a certain
2706!--    location (already checked). 
2707       IF ( input_pids_static  .AND.  surface_fraction_f%from_file )  THEN
2708          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
2709             i = surf_lsm_h%i(m)
2710             j = surf_lsm_h%j(m)
2711!
2712!--          0 - vegetation fraction, 1 - pavement fraction, 2 - water fraction             
2713             surf_lsm_h%frac(ind_veg_wall,m)  =                                &
2714                                    surface_fraction_f%frac(ind_veg_wall,j,i)         
2715             surf_lsm_h%frac(ind_pav_green,m) =                                &
2716                                    surface_fraction_f%frac(ind_pav_green,j,i)       
2717             surf_lsm_h%frac(ind_wat_win,m)   =                                &
2718                                    surface_fraction_f%frac(ind_wat_win,j,i)
2719
2720          ENDDO
2721          DO  l = 0, 3
2722             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
2723                i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,         &
2724                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
2725                j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,         &
2726                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
2727!
2728!--             0 - vegetation fraction, 1 - pavement fraction, 2 - water fraction       
2729                surf_lsm_v(l)%frac(ind_veg_wall,m)  =                          &
2730                                    surface_fraction_f%frac(ind_veg_wall,j,i)         
2731                surf_lsm_v(l)%frac(ind_pav_green,m) =                          &
2732                                    surface_fraction_f%frac(ind_pav_green,j,i)       
2733                surf_lsm_v(l)%frac(ind_wat_win,m)   =                          &
2734                                    surface_fraction_f%frac(ind_wat_win,j,i)
2735
2736             ENDDO
2737          ENDDO
2738       ELSEIF ( input_pids_static  .AND.  .NOT. surface_fraction_f%from_file ) &
2739       THEN
2740          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
2741             i = surf_lsm_h%i(m)
2742             j = surf_lsm_h%j(m)
2743
2744             IF ( vegetation_type_f%var(j,i) /= vegetation_type_f%fill )       &       
2745                surf_lsm_h%frac(ind_veg_wall,m)  = 1.0_wp
2746             IF ( pavement_type_f%var(j,i)   /= pavement_type_f%fill   )       &       
2747                surf_lsm_h%frac(ind_pav_green,m) = 1.0_wp 
2748             IF ( water_type_f%var(j,i)      /= water_type_f%fill      )       &       
2749                surf_lsm_h%frac(ind_wat_win,m)   = 1.0_wp       
2750          ENDDO
2751          DO  l = 0, 3
2752             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
2753                i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,         &
2754                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
2755                j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,         &
2756                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
2757     
2758                IF ( vegetation_type_f%var(j,i) /= vegetation_type_f%fill )    &       
2759                   surf_lsm_v(l)%frac(ind_veg_wall,m)  = 1.0_wp
2760                IF ( pavement_type_f%var(j,i)   /= pavement_type_f%fill   )    &       
2761                   surf_lsm_v(l)%frac(ind_pav_green,m) = 1.0_wp 
2762                IF ( water_type_f%var(j,i)      /= water_type_f%fill      )    &       
2763                   surf_lsm_v(l)%frac(ind_wat_win,m)   = 1.0_wp     
2764             ENDDO
2765          ENDDO
2766       ENDIF
2767!
2768!--    Level 1, initialization of soil parameters.
2769!--    It is possible to overwrite each parameter by setting the respecticy
2770!--    NAMELIST variable to a value /= 9999999.9.
2771       IF ( soil_type /= 0 )  THEN 
2772 
2773          IF ( alpha_vangenuchten == 9999999.9_wp )  THEN
2774             alpha_vangenuchten = soil_pars(0,soil_type)
2775          ENDIF
2776
2777          IF ( l_vangenuchten == 9999999.9_wp )  THEN
2778             l_vangenuchten = soil_pars(1,soil_type)
2779          ENDIF
2780
2781          IF ( n_vangenuchten == 9999999.9_wp )  THEN
2782             n_vangenuchten = soil_pars(2,soil_type)           
2783          ENDIF
2784
2785          IF ( hydraulic_conductivity == 9999999.9_wp )  THEN
2786             hydraulic_conductivity = soil_pars(3,soil_type)           
2787          ENDIF
2788
2789          IF ( saturation_moisture == 9999999.9_wp )  THEN
2790             saturation_moisture = soil_pars(4,soil_type)           
2791          ENDIF
2792
2793          IF ( field_capacity == 9999999.9_wp )  THEN
2794             field_capacity = soil_pars(5,soil_type)           
2795          ENDIF
2796
2797          IF ( wilting_point == 9999999.9_wp )  THEN
2798             wilting_point = soil_pars(6,soil_type)           
2799          ENDIF
2800
2801          IF ( residual_moisture == 9999999.9_wp )  THEN
2802             residual_moisture = soil_pars(7,soil_type)       
2803          ENDIF
2804
2805       ENDIF
2806!
2807!--    Map values to the respective 2D/3D arrays
2808!--    Horizontal surfaces
2809       surf_lsm_h%alpha_vg      = alpha_vangenuchten
2810       surf_lsm_h%l_vg          = l_vangenuchten
2811       surf_lsm_h%n_vg          = n_vangenuchten
2812       surf_lsm_h%gamma_w_sat   = hydraulic_conductivity
2813       surf_lsm_h%m_sat         = saturation_moisture
2814       surf_lsm_h%m_fc          = field_capacity
2815       surf_lsm_h%m_wilt        = wilting_point
2816       surf_lsm_h%m_res         = residual_moisture
2817       surf_lsm_h%r_soil_min    = min_soil_resistance
2818!
2819!--    Vertical surfaces
2820       DO  l = 0, 3
2821          surf_lsm_v(l)%alpha_vg      = alpha_vangenuchten
2822          surf_lsm_v(l)%l_vg          = l_vangenuchten
2823          surf_lsm_v(l)%n_vg          = n_vangenuchten
2824          surf_lsm_v(l)%gamma_w_sat   = hydraulic_conductivity
2825          surf_lsm_v(l)%m_sat         = saturation_moisture
2826          surf_lsm_v(l)%m_fc          = field_capacity
2827          surf_lsm_v(l)%m_wilt        = wilting_point
2828          surf_lsm_v(l)%m_res         = residual_moisture
2829          surf_lsm_v(l)%r_soil_min    = min_soil_resistance
2830       ENDDO
2831!
2832!--    Level 2, initialization of soil parameters via soil_type read from file.
2833!--    Soil parameters are initialized for each (y,x)-grid point
2834!--    individually using default paramter settings according to the given
2835!--    soil type.
2836       IF ( soil_type_f%from_file )  THEN
2837!
2838!--       Level of detail = 1, i.e. a homogeneous soil distribution along the
2839!--       vertical dimension is assumed.
2840          IF ( soil_type_f%lod == 1 )  THEN
2841!
2842!--          Horizontal surfaces
2843             DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
2844                i = surf_lsm_h%i(m)
2845                j = surf_lsm_h%j(m)
2846             
2847                st = soil_type_f%var_2d(j,i)
2848                IF ( st /= soil_type_f%fill )  THEN
2849                   surf_lsm_h%alpha_vg(:,m)    = soil_pars(0,st)
2850                   surf_lsm_h%l_vg(:,m)        = soil_pars(1,st)
2851                   surf_lsm_h%n_vg(:,m)        = soil_pars(2,st)
2852                   surf_lsm_h%gamma_w_sat(:,m) = soil_pars(3,st)
2853                   surf_lsm_h%m_sat(:,m)       = soil_pars(4,st)
2854                   surf_lsm_h%m_fc(:,m)        = soil_pars(5,st)
2855                   surf_lsm_h%m_wilt(:,m)      = soil_pars(6,st)
2856                   surf_lsm_h%m_res(:,m)       = soil_pars(7,st)
2857                ENDIF
2858             ENDDO
2859!
2860!--          Vertical surfaces ( assumes the soil type given at respective (x,y)
2861             DO  l = 0, 3
2862                DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
2863                   i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,      &
2864                                                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
2865                   j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,      &
2866                                                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
2867
2868                   st = soil_type_f%var_2d(j,i)
2869                   IF ( st /= soil_type_f%fill )  THEN
2870                      surf_lsm_v(l)%alpha_vg(:,m)    = soil_pars(0,st)
2871                      surf_lsm_v(l)%l_vg(:,m)        = soil_pars(1,st)
2872                      surf_lsm_v(l)%n_vg(:,m)        = soil_pars(2,st)
2873                      surf_lsm_v(l)%gamma_w_sat(:,m) = soil_pars(3,st)
2874                      surf_lsm_v(l)%m_sat(:,m)       = soil_pars(4,st)
2875                      surf_lsm_v(l)%m_fc(:,m)        = soil_pars(5,st)
2876                      surf_lsm_v(l)%m_wilt(:,m)      = soil_pars(6,st)
2877                      surf_lsm_v(l)%m_res(:,m)       = soil_pars(7,st)
2878                   ENDIF
2879                ENDDO
2880             ENDDO
2881!
2882!--       Level of detail = 2, i.e. soil type and thus the soil parameters
2883!--       can be heterogeneous along the vertical dimension.
2884          ELSE
2885!
2886!--          Horizontal surfaces
2887             DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
2888                i = surf_lsm_h%i(m)
2889                j = surf_lsm_h%j(m)
2890             
2891                DO  k = nzb_soil, nzt_soil
2892                   st = soil_type_f%var_3d(k,j,i)
2893                   IF ( st /= soil_type_f%fill )  THEN
2894                      surf_lsm_h%alpha_vg(k,m)    = soil_pars(0,st)
2895                      surf_lsm_h%l_vg(k,m)        = soil_pars(1,st)
2896                      surf_lsm_h%n_vg(k,m)        = soil_pars(2,st)
2897                      surf_lsm_h%gamma_w_sat(k,m) = soil_pars(3,st)
2898                      surf_lsm_h%m_sat(k,m)       = soil_pars(4,st)
2899                      surf_lsm_h%m_fc(k,m)        = soil_pars(5,st)
2900                      surf_lsm_h%m_wilt(k,m)      = soil_pars(6,st)
2901                      surf_lsm_h%m_res(k,m)       = soil_pars(7,st)
2902                   ENDIF
2903                ENDDO
2904             ENDDO
2905!
2906!--          Vertical surfaces ( assumes the soil type given at respective (x,y)
2907             DO  l = 0, 3
2908                DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
2909                   i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,      &
2910                                                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
2911                   j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,      &
2912                                                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
2913
2914                   DO  k = nzb_soil, nzt_soil
2915                      st = soil_type_f%var_3d(k,j,i)
2916                      IF ( st /= soil_type_f%fill )  THEN
2917                         surf_lsm_v(l)%alpha_vg(k,m)    = soil_pars(0,st)
2918                         surf_lsm_v(l)%l_vg(k,m)        = soil_pars(1,st)
2919                         surf_lsm_v(l)%n_vg(k,m)        = soil_pars(2,st)
2920                         surf_lsm_v(l)%gamma_w_sat(k,m) = soil_pars(3,st)
2921                         surf_lsm_v(l)%m_sat(k,m)       = soil_pars(4,st)
2922                         surf_lsm_v(l)%m_fc(k,m)        = soil_pars(5,st)
2923                         surf_lsm_v(l)%m_wilt(k,m)      = soil_pars(6,st)
2924                         surf_lsm_v(l)%m_res(k,m)       = soil_pars(7,st)
2925                      ENDIF
2926                   ENDDO
2927                ENDDO
2928             ENDDO
2929          ENDIF
2930       ENDIF
2931!
2932!--    Level 3, initialization of single soil parameters at single z,x,y
2933!--    position via soil_pars read from file.
2934       IF ( soil_pars_f%from_file )  THEN
2935!
2936!--       Level of detail = 1, i.e. a homogeneous vertical distribution of soil
2937!--       parameters is assumed.
2938!--       Horizontal surfaces
2939          IF ( soil_pars_f%lod == 1 )  THEN
2940!
2941!--          Horizontal surfaces
2942             DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
2943                i = surf_lsm_h%i(m)
2944                j = surf_lsm_h%j(m)
2945
2946                IF ( soil_pars_f%pars_xy(0,j,i) /= soil_pars_f%fill )              &
2947                   surf_lsm_h%alpha_vg(:,m)    = soil_pars_f%pars_xy(0,j,i)
2948                IF ( soil_pars_f%pars_xy(1,j,i) /= soil_pars_f%fill )              &
2949                   surf_lsm_h%l_vg(:,m)        = soil_pars_f%pars_xy(1,j,i)
2950                IF ( soil_pars_f%pars_xy(2,j,i) /= soil_pars_f%fill )              &
2951                   surf_lsm_h%n_vg(:,m)        = soil_pars_f%pars_xy(2,j,i)
2952                IF ( soil_pars_f%pars_xy(3,j,i) /= soil_pars_f%fill )              &
2953                   surf_lsm_h%gamma_w_sat(:,m) = soil_pars_f%pars_xy(3,j,i)
2954                IF ( soil_pars_f%pars_xy(4,j,i) /= soil_pars_f%fill )              &
2955                   surf_lsm_h%m_sat(:,m)       = soil_pars_f%pars_xy(4,j,i)
2956                IF ( soil_pars_f%pars_xy(5,j,i) /= soil_pars_f%fill )              &
2957                   surf_lsm_h%m_fc(:,m)        = soil_pars_f%pars_xy(5,j,i)
2958                IF ( soil_pars_f%pars_xy(6,j,i) /= soil_pars_f%fill )              &
2959                   surf_lsm_h%m_wilt(:,m)      = soil_pars_f%pars_xy(6,j,i)
2960                IF ( soil_pars_f%pars_xy(7,j,i) /= soil_pars_f%fill )              &
2961                   surf_lsm_h%m_res(:,m)       = soil_pars_f%pars_xy(7,j,i)
2962
2963             ENDDO
2964!
2965!--          Vertical surfaces
2966             DO  l = 0, 3
2967                DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
2968                   i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,      &
2969                                                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
2970                   j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,      &
2971                                                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
2972
2973                   IF ( soil_pars_f%pars_xy(0,j,i) /= soil_pars_f%fill )           &
2974                      surf_lsm_v(l)%alpha_vg(:,m)    = soil_pars_f%pars_xy(0,j,i)
2975                   IF ( soil_pars_f%pars_xy(1,j,i) /= soil_pars_f%fill )           &
2976                      surf_lsm_v(l)%l_vg(:,m)        = soil_pars_f%pars_xy(1,j,i)
2977                   IF ( soil_pars_f%pars_xy(2,j,i) /= soil_pars_f%fill )           &
2978                      surf_lsm_v(l)%n_vg(:,m)        = soil_pars_f%pars_xy(2,j,i)
2979                   IF ( soil_pars_f%pars_xy(3,j,i) /= soil_pars_f%fill )           &
2980                      surf_lsm_v(l)%gamma_w_sat(:,m) = soil_pars_f%pars_xy(3,j,i)
2981                   IF ( soil_pars_f%pars_xy(4,j,i) /= soil_pars_f%fill )           &
2982                      surf_lsm_v(l)%m_sat(:,m)       = soil_pars_f%pars_xy(4,j,i)
2983                   IF ( soil_pars_f%pars_xy(5,j,i) /= soil_pars_f%fill )           &
2984                      surf_lsm_v(l)%m_fc(:,m)        = soil_pars_f%pars_xy(5,j,i)
2985                   IF ( soil_pars_f%pars_xy(6,j,i) /= soil_pars_f%fill )           &
2986                      surf_lsm_v(l)%m_wilt(:,m)      = soil_pars_f%pars_xy(6,j,i)
2987                   IF ( soil_pars_f%pars_xy(7,j,i) /= soil_pars_f%fill )           &
2988                      surf_lsm_v(l)%m_res(:,m)       = soil_pars_f%pars_xy(7,j,i)
2989
2990                ENDDO
2991             ENDDO
2992!
2993!--       Level of detail = 2, i.e. soil parameters can be set at each soil
2994!--       layer individually.
2995          ELSE
2996!
2997!--          Horizontal surfaces
2998             DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
2999                i = surf_lsm_h%i(m)
3000                j = surf_lsm_h%j(m)
3001
3002                DO  k = nzb_soil, nzt_soil
3003                   IF ( soil_pars_f%pars_xyz(0,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3004                      surf_lsm_h%alpha_vg(k,m)    = soil_pars_f%pars_xyz(0,k,j,i)
3005                   IF ( soil_pars_f%pars_xyz(1,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3006                      surf_lsm_h%l_vg(k,m)        = soil_pars_f%pars_xyz(1,k,j,i)
3007                   IF ( soil_pars_f%pars_xyz(2,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3008                      surf_lsm_h%n_vg(k,m)        = soil_pars_f%pars_xyz(2,k,j,i)
3009                   IF ( soil_pars_f%pars_xyz(3,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3010                      surf_lsm_h%gamma_w_sat(k,m) = soil_pars_f%pars_xyz(3,k,j,i)
3011                   IF ( soil_pars_f%pars_xyz(4,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3012                      surf_lsm_h%m_sat(k,m)       = soil_pars_f%pars_xyz(4,k,j,i)
3013                   IF ( soil_pars_f%pars_xyz(5,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3014                      surf_lsm_h%m_fc(k,m)        = soil_pars_f%pars_xyz(5,k,j,i)
3015                   IF ( soil_pars_f%pars_xyz(6,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3016                      surf_lsm_h%m_wilt(k,m)      = soil_pars_f%pars_xyz(6,k,j,i)
3017                   IF ( soil_pars_f%pars_xyz(7,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3018                      surf_lsm_h%m_res(k,m)       = soil_pars_f%pars_xyz(7,k,j,i)
3019                ENDDO
3020
3021             ENDDO
3022!
3023!--          Vertical surfaces
3024             DO  l = 0, 3
3025                DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
3026                   i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,      &
3027                                                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3028                   j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,      &
3029                                                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3030
3031                   DO  k = nzb_soil, nzt_soil
3032                      IF ( soil_pars_f%pars_xyz(0,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3033                         surf_lsm_v(l)%alpha_vg(k,m)    = soil_pars_f%pars_xyz(0,k,j,i)
3034                      IF ( soil_pars_f%pars_xyz(1,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3035                         surf_lsm_v(l)%l_vg(k,m)        = soil_pars_f%pars_xyz(1,k,j,i)
3036                      IF ( soil_pars_f%pars_xyz(2,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3037                         surf_lsm_v(l)%n_vg(k,m)        = soil_pars_f%pars_xyz(2,k,j,i)
3038                      IF ( soil_pars_f%pars_xyz(3,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3039                         surf_lsm_v(l)%gamma_w_sat(k,m) = soil_pars_f%pars_xyz(3,k,j,i)
3040                      IF ( soil_pars_f%pars_xyz(4,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3041                         surf_lsm_v(l)%m_sat(k,m)       = soil_pars_f%pars_xyz(4,k,j,i)
3042                      IF ( soil_pars_f%pars_xyz(5,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3043                         surf_lsm_v(l)%m_fc(k,m)        = soil_pars_f%pars_xyz(5,k,j,i)
3044                      IF ( soil_pars_f%pars_xyz(6,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3045                         surf_lsm_v(l)%m_wilt(k,m)      = soil_pars_f%pars_xyz(6,k,j,i)
3046                      IF ( soil_pars_f%pars_xyz(7,k,j,i) /= soil_pars_f%fill )        &
3047                         surf_lsm_v(l)%m_res(k,m)       = soil_pars_f%pars_xyz(7,k,j,i)
3048                   ENDDO
3049
3050                ENDDO
3051             ENDDO
3052
3053          ENDIF
3054       ENDIF
3055
3056!
3057!--    Level 1, initialization of vegetation parameters. A horizontally
3058!--    homogeneous distribution is assumed here.
3059       IF ( vegetation_type /= 0 )  THEN
3060
3061          IF ( min_canopy_resistance == 9999999.9_wp )  THEN
3062             min_canopy_resistance = vegetation_pars(ind_v_rc_min,vegetation_type)
3063          ENDIF
3064
3065          IF ( leaf_area_index == 9999999.9_wp )  THEN
3066             leaf_area_index = vegetation_pars(ind_v_rc_lai,vegetation_type)         
3067          ENDIF
3068
3069          IF ( vegetation_coverage == 9999999.9_wp )  THEN
3070             vegetation_coverage = vegetation_pars(ind_v_c_veg,vegetation_type)     
3071          ENDIF
3072
3073          IF ( canopy_resistance_coefficient == 9999999.9_wp )  THEN
3074              canopy_resistance_coefficient= vegetation_pars(ind_v_gd,vegetation_type)     
3075          ENDIF
3076
3077          IF ( z0_vegetation == 9999999.9_wp )  THEN
3078             z0_vegetation  = vegetation_pars(ind_v_z0,vegetation_type) 
3079          ENDIF
3080
3081          IF ( z0h_vegetation == 9999999.9_wp )  THEN
3082             z0h_vegetation = vegetation_pars(ind_v_z0qh,vegetation_type)
3083          ENDIF   
3084         
3085          IF ( lambda_surface_stable == 9999999.9_wp )  THEN
3086             lambda_surface_stable = vegetation_pars(ind_v_lambda_s,vegetation_type) 
3087          ENDIF
3088
3089          IF ( lambda_surface_unstable == 9999999.9_wp )  THEN
3090             lambda_surface_unstable = vegetation_pars(ind_v_lambda_u,vegetation_type)           
3091          ENDIF
3092
3093          IF ( f_shortwave_incoming == 9999999.9_wp )  THEN
3094             f_shortwave_incoming = vegetation_pars(ind_v_f_sw_in,vegetation_type)       
3095          ENDIF
3096
3097          IF ( c_surface == 9999999.9_wp )  THEN
3098             c_surface = vegetation_pars(ind_v_c_surf,vegetation_type)       
3099          ENDIF
3100
3101          IF ( albedo_type == 9999999  .AND.  albedo == 9999999.9_wp )  THEN
3102             albedo_type = INT(vegetation_pars(ind_v_at,vegetation_type))       
3103          ENDIF
3104   
3105          IF ( emissivity == 9999999.9_wp )  THEN
3106             emissivity = vegetation_pars(ind_v_emis,vegetation_type)     
3107          ENDIF
3108
3109       ENDIF
3110!
3111!--    Map values onto horizontal elemements
3112       DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
3113          IF ( surf_lsm_h%vegetation_surface(m) )  THEN
3114             surf_lsm_h%r_canopy_min(m)     = min_canopy_resistance
3115             surf_lsm_h%lai(m)              = leaf_area_index
3116             surf_lsm_h%c_veg(m)            = vegetation_coverage
3117             surf_lsm_h%g_d(m)              = canopy_resistance_coefficient
3118             surf_lsm_h%z0(m)               = z0_vegetation
3119             surf_lsm_h%z0h(m)              = z0h_vegetation
3120             surf_lsm_h%z0q(m)              = z0h_vegetation
3121             surf_lsm_h%lambda_surface_s(m) = lambda_surface_stable
3122             surf_lsm_h%lambda_surface_u(m) = lambda_surface_unstable
3123             surf_lsm_h%f_sw_in(m)          = f_shortwave_incoming
3124             surf_lsm_h%c_surface(m)        = c_surface
3125             surf_lsm_h%albedo_type(ind_veg_wall,m) = albedo_type
3126             surf_lsm_h%emissivity(ind_veg_wall,m)  = emissivity
3127          ELSE
3128             surf_lsm_h%lai(m)   = 0.0_wp
3129             surf_lsm_h%c_veg(m) = 0.0_wp
3130             surf_lsm_h%g_d(m)   = 0.0_wp
3131          ENDIF
3132 
3133       ENDDO
3134!
3135!--    Map values onto vertical elements, even though this does not make
3136!--    much sense.
3137       DO  l = 0, 3
3138          DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
3139             IF ( surf_lsm_v(l)%vegetation_surface(m) )  THEN
3140                surf_lsm_v(l)%r_canopy_min(m)     = min_canopy_resistance
3141                surf_lsm_v(l)%lai(m)              = leaf_area_index
3142                surf_lsm_v(l)%c_veg(m)            = vegetation_coverage
3143                surf_lsm_v(l)%g_d(m)              = canopy_resistance_coefficient
3144                surf_lsm_v(l)%z0(m)               = z0_vegetation
3145                surf_lsm_v(l)%z0h(m)              = z0h_vegetation
3146                surf_lsm_v(l)%z0q(m)              = z0h_vegetation
3147                surf_lsm_v(l)%lambda_surface_s(m) = lambda_surface_stable
3148                surf_lsm_v(l)%lambda_surface_u(m) = lambda_surface_unstable
3149                surf_lsm_v(l)%f_sw_in(m)          = f_shortwave_incoming
3150                surf_lsm_v(l)%c_surface(m)        = c_surface
3151                surf_lsm_v(l)%albedo_type(ind_veg_wall,m) = albedo_type
3152                surf_lsm_v(l)%emissivity(ind_veg_wall,m)  = emissivity
3153             ELSE
3154                surf_lsm_v(l)%lai(m)   = 0.0_wp
3155                surf_lsm_v(l)%c_veg(m) = 0.0_wp
3156                surf_lsm_v(l)%g_d(m)   = 0.0_wp
3157             ENDIF
3158          ENDDO
3159       ENDDO
3160
3161!
3162!--    Level 2, initialization of vegation parameters via vegetation_type read
3163!--    from file. Vegetation parameters are initialized for each (y,x)-grid point
3164!--    individually using default paramter settings according to the given
3165!--    vegetation type.
3166       IF ( vegetation_type_f%from_file )  THEN
3167!
3168!--       Horizontal surfaces
3169          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
3170             i = surf_lsm_h%i(m)
3171             j = surf_lsm_h%j(m)
3172             
3173             st = vegetation_type_f%var(j,i)
3174             IF ( st /= vegetation_type_f%fill  .AND.  st /= 0 )  THEN
3175                surf_lsm_h%r_canopy_min(m)     = vegetation_pars(ind_v_rc_min,st)
3176                surf_lsm_h%lai(m)              = vegetation_pars(ind_v_rc_lai,st)
3177                surf_lsm_h%c_veg(m)            = vegetation_pars(ind_v_c_veg,st)
3178                surf_lsm_h%g_d(m)              = vegetation_pars(ind_v_gd,st)
3179                surf_lsm_h%z0(m)               = vegetation_pars(ind_v_z0,st)
3180                surf_lsm_h%z0h(m)              = vegetation_pars(ind_v_z0qh,st)
3181                surf_lsm_h%z0q(m)              = vegetation_pars(ind_v_z0qh,st)
3182                surf_lsm_h%lambda_surface_s(m) = vegetation_pars(ind_v_lambda_s,st)
3183                surf_lsm_h%lambda_surface_u(m) = vegetation_pars(ind_v_lambda_u,st)
3184                surf_lsm_h%f_sw_in(m)          = vegetation_pars(ind_v_f_sw_in,st)
3185                surf_lsm_h%c_surface(m)        = vegetation_pars(ind_v_c_surf,st)
3186                surf_lsm_h%albedo_type(ind_veg_wall,m) = INT( vegetation_pars(ind_v_at,st) )
3187                surf_lsm_h%emissivity(ind_veg_wall,m)  = vegetation_pars(ind_v_emis,st)
3188             ENDIF
3189          ENDDO
3190!
3191!--       Vertical surfaces
3192          DO  l = 0, 3
3193             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
3194                i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,      &
3195                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3196                j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,      &
3197                                                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3198             
3199                st = vegetation_type_f%var(j,i)
3200                IF ( st /= vegetation_type_f%fill  .AND.  st /= 0 )  THEN
3201                   surf_lsm_v(l)%r_canopy_min(m)     = vegetation_pars(ind_v_rc_min,st)
3202                   surf_lsm_v(l)%lai(m)              = vegetation_pars(ind_v_rc_lai,st)
3203                   surf_lsm_v(l)%c_veg(m)            = vegetation_pars(ind_v_c_veg,st)
3204                   surf_lsm_v(l)%g_d(m)              = vegetation_pars(ind_v_gd,st)
3205                   surf_lsm_v(l)%z0(m)               = vegetation_pars(ind_v_z0,st)
3206                   surf_lsm_v(l)%z0h(m)              = vegetation_pars(ind_v_z0qh,st)
3207                   surf_lsm_v(l)%z0q(m)              = vegetation_pars(ind_v_z0qh,st)
3208                   surf_lsm_v(l)%lambda_surface_s(m) = vegetation_pars(ind_v_lambda_s,st)
3209                   surf_lsm_v(l)%lambda_surface_u(m) = vegetation_pars(ind_v_lambda_u,st)
3210                   surf_lsm_v(l)%f_sw_in(m)          = vegetation_pars(ind_v_f_sw_in,st)
3211                   surf_lsm_v(l)%c_surface(m)        = vegetation_pars(ind_v_c_surf,st)
3212                   surf_lsm_v(l)%albedo_type(ind_veg_wall,m) = INT( vegetation_pars(ind_v_at,st) )
3213                   surf_lsm_v(l)%emissivity(ind_veg_wall,m)  = vegetation_pars(ind_v_emis,st)
3214                ENDIF
3215             ENDDO
3216          ENDDO
3217       ENDIF
3218!
3219!--    Level 3, initialization of vegation parameters at single (x,y)
3220!--    position via vegetation_pars read from file.
3221       IF ( vegetation_pars_f%from_file )  THEN
3222!
3223!--       Horizontal surfaces
3224          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
3225
3226             i = surf_lsm_h%i(m)
3227             j = surf_lsm_h%j(m)
3228!
3229!--          If surface element is not a vegetation surface and any value in
3230!--          vegetation_pars is given, neglect this information and give an
3231!--          informative message that this value will not be used.   
3232             IF ( .NOT. surf_lsm_h%vegetation_surface(m)  .AND.                &
3233                   ANY( vegetation_pars_f%pars_xy(:,j,i) /=                    &
3234                   vegetation_pars_f%fill ) )  THEN
3235                WRITE( message_string, * )                                     &
3236                                 'surface element at grid point (j,i) = (',    &
3237                                 j, i, ') is not a vegation surface, ',        &
3238                                 'so that information given in ',              &
3239                                 'vegetation_pars at this point is neglected.' 
3240                CALL message( 'land_surface_model_mod', 'PA0999', 0, 0, 0, 6, 0 )
3241             ELSE
3242
3243                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_rc_min,j,i) /=            &
3244                     vegetation_pars_f%fill )                                  &
3245                   surf_lsm_h%r_canopy_min(m)  =                               &
3246                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_rc_min,j,i)
3247                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_rc_lai,j,i) /=            &
3248                     vegetation_pars_f%fill )                                  &
3249                   surf_lsm_h%lai(m)           =                               &
3250                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_rc_lai,j,i)
3251                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_c_veg,j,i) /=             &
3252                     vegetation_pars_f%fill )                                  &
3253                   surf_lsm_h%c_veg(m)         =                               &
3254                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_c_veg,j,i)
3255                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_gd,j,i) /=                &
3256                     vegetation_pars_f%fill )                                  &
3257                   surf_lsm_h%g_d(m)           =                               &
3258                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_gd,j,i)
3259                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_z0,j,i) /=                &
3260                     vegetation_pars_f%fill )                                  &
3261                   surf_lsm_h%z0(m)            =                               &
3262                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_z0,j,i)
3263                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_z0qh,j,i) /=              &
3264                     vegetation_pars_f%fill )  THEN
3265                   surf_lsm_h%z0h(m)           =                               &
3266                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_z0qh,j,i)
3267                   surf_lsm_h%z0q(m)           =                               &
3268                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_z0qh,j,i)
3269                ENDIF
3270                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_lambda_s,j,i) /=          &
3271                     vegetation_pars_f%fill )                                  &
3272                   surf_lsm_h%lambda_surface_s(m) =                            &
3273                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_lambda_s,j,i)
3274                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_lambda_u,j,i) /=          &
3275                     vegetation_pars_f%fill )                                  &
3276                   surf_lsm_h%lambda_surface_u(m) =                            &
3277                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_lambda_u,j,i)
3278                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_f_sw_in,j,i) /=           &
3279                     vegetation_pars_f%fill )                                  &
3280                   surf_lsm_h%f_sw_in(m)          =                            &
3281                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_f_sw_in,j,i)
3282                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_c_surf,j,i) /=            &
3283                     vegetation_pars_f%fill )                                  &
3284                   surf_lsm_h%c_surface(m)        =                            &
3285                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_c_surf,j,i)
3286                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_at,j,i) /=                &
3287                     vegetation_pars_f%fill )                                  &
3288                   surf_lsm_h%albedo_type(ind_veg_wall,m) =                    &
3289                                   INT( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_at,j,i) )
3290                IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_emis,j,i) /=              &
3291                     vegetation_pars_f%fill )                                  &
3292                   surf_lsm_h%emissivity(ind_veg_wall,m)  =                    &
3293                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_emis,j,i)
3294             ENDIF
3295          ENDDO
3296!
3297!--       Vertical surfaces
3298          DO  l = 0, 3
3299             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
3300                i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,         &
3301                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3302                j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,         &
3303                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3304!
3305!--             If surface element is not a vegetation surface and any value in
3306!--             vegetation_pars is given, neglect this information and give an
3307!--             informative message that this value will not be used.   
3308                IF ( .NOT. surf_lsm_v(l)%vegetation_surface(m)  .AND.          &
3309                      ANY( vegetation_pars_f%pars_xy(:,j,i) /=                 &
3310                      vegetation_pars_f%fill ) )  THEN
3311                   WRITE( message_string, * )                                  &
3312                                 'surface element at grid point (j,i) = (',    &
3313                                 j, i, ') is not a vegation surface, ',        &
3314                                 'so that information given in ',              &
3315                                 'vegetation_pars at this point is neglected.' 
3316                   CALL message( 'land_surface_model_mod', 'PA0999', 0, 0, 0, 6, 0 )
3317                ELSE
3318
3319                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_rc_min,j,i) /=         &
3320                        vegetation_pars_f%fill )                               &
3321                      surf_lsm_v(l)%r_canopy_min(m)  =                         &
3322                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_rc_min,j,i)
3323                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_rc_lai,j,i) /=         &
3324                        vegetation_pars_f%fill )                               &
3325                      surf_lsm_v(l)%lai(m)           =                         &
3326                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_rc_lai,j,i)
3327                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_c_veg,j,i) /=          &
3328                        vegetation_pars_f%fill )                               &
3329                      surf_lsm_v(l)%c_veg(m)         =                         &
3330                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_c_veg,j,i)
3331                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_gd,j,i) /=             &
3332                        vegetation_pars_f%fill )                               &
3333                     surf_lsm_v(l)%g_d(m)            =                         &
3334                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_gd,j,i)
3335                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_z0,j,i) /=             &
3336                        vegetation_pars_f%fill )                               &
3337                      surf_lsm_v(l)%z0(m)            =                         &
3338                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_z0,j,i)
3339                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_z0qh,j,i) /=           &
3340                        vegetation_pars_f%fill )  THEN
3341                      surf_lsm_v(l)%z0h(m)           =                         &
3342                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_z0qh,j,i)
3343                      surf_lsm_v(l)%z0q(m)           =                         &
3344                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_z0qh,j,i)
3345                   ENDIF
3346                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_lambda_s,j,i) /=       &
3347                        vegetation_pars_f%fill )                               &
3348                      surf_lsm_v(l)%lambda_surface_s(m)  =                     &
3349                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_lambda_s,j,i)
3350                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_lambda_u,j,i) /=       &
3351                        vegetation_pars_f%fill )                               &
3352                      surf_lsm_v(l)%lambda_surface_u(m)  =                     &
3353                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_lambda_u,j,i)
3354                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_f_sw_in,j,i) /=        &
3355                        vegetation_pars_f%fill )                               &
3356                      surf_lsm_v(l)%f_sw_in(m)           =                     &
3357                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_f_sw_in,j,i)
3358                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_c_surf,j,i) /=         &
3359                        vegetation_pars_f%fill )                               &
3360                      surf_lsm_v(l)%c_surface(m)         =                     &
3361                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_c_surf,j,i)
3362                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_at,j,i) /=             &
3363                        vegetation_pars_f%fill )                               &
3364                      surf_lsm_v(l)%albedo_type(ind_veg_wall,m) =              &
3365                                   INT( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_at,j,i) )
3366                   IF ( vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_emis,j,i) /=           &
3367                        vegetation_pars_f%fill )                               &
3368                      surf_lsm_v(l)%emissivity(ind_veg_wall,m)  =              &
3369                                   vegetation_pars_f%pars_xy(ind_v_emis,j,i)
3370                ENDIF
3371
3372             ENDDO
3373          ENDDO
3374       ENDIF
3375
3376!
3377!--    Level 1, initialization of water parameters. A horizontally
3378!--    homogeneous distribution is assumed here.
3379       IF ( water_type /= 0 )  THEN
3380
3381          IF ( water_temperature == 9999999.9_wp )  THEN
3382             water_temperature = water_pars(ind_w_temp,water_type)       
3383          ENDIF
3384
3385          IF ( z0_water == 9999999.9_wp )  THEN
3386             z0_water = water_pars(ind_w_z0,water_type)       
3387          ENDIF       
3388
3389          IF ( z0h_water == 9999999.9_wp )  THEN
3390             z0h_water = water_pars(ind_w_z0h,water_type)       
3391          ENDIF 
3392
3393          IF ( albedo_type == 9999999  .AND.  albedo == 9999999.9_wp )  THEN
3394             albedo_type = INT(water_pars(ind_w_at,water_type))       
3395          ENDIF
3396   
3397          IF ( emissivity == 9999999.9_wp )  THEN
3398             emissivity = water_pars(ind_w_emis,water_type)       
3399          ENDIF
3400
3401       ENDIF
3402!
3403!--    Map values onto horizontal elemements
3404       DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
3405          IF ( surf_lsm_h%water_surface(m) )  THEN
3406             IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )        &
3407                t_soil_h%var_2d(:,m)           = water_temperature
3408             surf_lsm_h%z0(m)               = z0_water
3409             surf_lsm_h%z0h(m)              = z0h_water
3410             surf_lsm_h%z0q(m)              = z0h_water
3411             surf_lsm_h%lambda_surface_s(m) = 1.0E10_wp
3412             surf_lsm_h%lambda_surface_u(m) = 1.0E10_wp               
3413             surf_lsm_h%c_surface(m)        = 0.0_wp
3414             surf_lsm_h%albedo_type(ind_wat_win,m) = albedo_type
3415             surf_lsm_h%emissivity(ind_wat_win,m)  = emissivity
3416          ENDIF
3417       ENDDO
3418!
3419!--    Map values onto vertical elements, even though this does not make
3420!--    much sense.
3421       DO  l = 0, 3
3422          DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
3423             IF ( surf_lsm_v(l)%water_surface(m) )  THEN
3424                IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )     &
3425                   t_soil_v(l)%var_2d(:,m)           = water_temperature
3426                surf_lsm_v(l)%z0(m)               = z0_water
3427                surf_lsm_v(l)%z0h(m)              = z0h_water
3428                surf_lsm_v(l)%z0q(m)              = z0h_water
3429                surf_lsm_v(l)%lambda_surface_s(m) = 1.0E10_wp
3430                surf_lsm_v(l)%lambda_surface_u(m) = 1.0E10_wp               
3431                surf_lsm_v(l)%c_surface(m)        = 0.0_wp
3432                surf_lsm_v(l)%albedo_type(ind_wat_win,m) = albedo_type
3433                surf_lsm_v(l)%emissivity(ind_wat_win,m)  = emissivity
3434             ENDIF
3435          ENDDO
3436       ENDDO
3437!
3438!
3439!--    Level 2, initialization of water parameters via water_type read
3440!--    from file. Water surfaces are initialized for each (y,x)-grid point
3441!--    individually using default paramter settings according to the given
3442!--    water type.
3443!--    Note, parameter 3/4 of water_pars are albedo and emissivity,
3444!--    whereas paramter 3/4 of water_pars_f are heat conductivities!
3445       IF ( water_type_f%from_file )  THEN
3446!
3447!--       Horizontal surfaces
3448          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
3449             i = surf_lsm_h%i(m)
3450             j = surf_lsm_h%j(m)
3451             
3452             st = water_type_f%var(j,i)
3453             IF ( st /= water_type_f%fill  .AND.  st /= 0 )  THEN
3454                IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )     &
3455                   t_soil_h%var_2d(:,m) = water_pars(ind_w_temp,st)
3456                surf_lsm_h%z0(m)     = water_pars(ind_w_z0,st)
3457                surf_lsm_h%z0h(m)    = water_pars(ind_w_z0h,st)
3458                surf_lsm_h%z0q(m)    = water_pars(ind_w_z0h,st)
3459                surf_lsm_h%lambda_surface_s(m) = water_pars(ind_w_lambda_s,st)
3460                surf_lsm_h%lambda_surface_u(m) = water_pars(ind_w_lambda_u,st)             
3461                surf_lsm_h%c_surface(m)        = 0.0_wp
3462                surf_lsm_h%albedo_type(ind_wat_win,m) = INT( water_pars(ind_w_at,st) )
3463                surf_lsm_h%emissivity(ind_wat_win,m)  = water_pars(ind_w_emis,st)
3464             ENDIF
3465          ENDDO
3466!
3467!--       Vertical surfaces
3468          DO  l = 0, 3
3469             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
3470                i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,         &
3471                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3472                j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,         &
3473                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3474             
3475                st = water_type_f%var(j,i)
3476                IF ( st /= water_type_f%fill  .AND.  st /= 0 )  THEN
3477                   IF ( TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  &
3478                      t_soil_v(l)%var_2d(:,m) = water_pars(ind_w_temp,st)
3479                   surf_lsm_v(l)%z0(m)     = water_pars(ind_w_z0,st)
3480                   surf_lsm_v(l)%z0h(m)    = water_pars(ind_w_z0h,st)
3481                   surf_lsm_v(l)%z0q(m)    = water_pars(ind_w_z0h,st)
3482                   surf_lsm_v(l)%lambda_surface_s(m) =                         &
3483                                                   water_pars(ind_w_lambda_s,st)
3484                   surf_lsm_v(l)%lambda_surface_u(m) =                         &
3485                                                   water_pars(ind_w_lambda_u,st)           
3486                   surf_lsm_v(l)%c_surface(m)     = 0.0_wp
3487                   surf_lsm_v(l)%albedo_type(ind_wat_win,m) =                  &
3488                                                  INT( water_pars(ind_w_at,st) )
3489                   surf_lsm_v(l)%emissivity(ind_wat_win,m)  =                  &
3490                                                  water_pars(ind_w_emis,st)
3491                ENDIF
3492             ENDDO
3493          ENDDO
3494       ENDIF     
3495
3496!
3497!--    Level 3, initialization of water parameters at single (x,y)
3498!--    position via water_pars read from file.
3499       IF ( water_pars_f%from_file )  THEN
3500!
3501!--       Horizontal surfaces
3502          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
3503             i = surf_lsm_h%i(m)
3504             j = surf_lsm_h%j(m)
3505!
3506!--          If surface element is not a water surface and any value in
3507!--          water_pars is given, neglect this information and give an
3508!--          informative message that this value will not be used.   
3509             IF ( .NOT. surf_lsm_h%water_surface(m)  .AND.                     &
3510                   ANY( water_pars_f%pars_xy(:,j,i) /= water_pars_f%fill ) )  THEN
3511                WRITE( message_string, * )                                     &
3512                              'surface element at grid point (j,i) = (',       &
3513                              j, i, ') is not a water surface, ',              &
3514                              'so that information given in ',                 &
3515                              'water_pars at this point is neglected.' 
3516                CALL message( 'land_surface_model_mod', 'PA0999', 0, 0, 0, 6, 0 )
3517             ELSE
3518                IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_temp,j,i) /=                   &
3519                     water_pars_f%fill  .AND.                                  &
3520                     TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )     &
3521                      t_soil_h%var_2d(:,m) = water_pars_f%pars_xy(ind_w_temp,j,i)
3522
3523                IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_z0,j,i) /= water_pars_f%fill ) &
3524                   surf_lsm_h%z0(m)     = water_pars_f%pars_xy(ind_w_z0,j,i)
3525
3526                IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_z0h,j,i) /= water_pars_f%fill )&
3527                THEN
3528                   surf_lsm_h%z0h(m)    = water_pars_f%pars_xy(ind_w_z0h,j,i)
3529                   surf_lsm_h%z0q(m)    = water_pars_f%pars_xy(ind_w_z0h,j,i)
3530                ENDIF
3531                IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_lambda_s,j,i) /=               &
3532                     water_pars_f%fill )                                       &
3533                   surf_lsm_h%lambda_surface_s(m) =                            &
3534                                        water_pars_f%pars_xy(ind_w_lambda_s,j,i)
3535
3536                IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_lambda_u,j,i) /=               &
3537                      water_pars_f%fill )                                      &
3538                   surf_lsm_h%lambda_surface_u(m) =                            &
3539                                        water_pars_f%pars_xy(ind_w_lambda_u,j,i)     
3540       
3541                IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_at,j,i) /=                     &
3542                     water_pars_f%fill )                                       &
3543                   surf_lsm_h%albedo_type(ind_wat_win,m) =                     &
3544                                       INT( water_pars_f%pars_xy(ind_w_at,j,i) )
3545
3546                IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_emis,j,i) /=                   &
3547                     water_pars_f%fill )                                       &
3548                   surf_lsm_h%emissivity(ind_wat_win,m) =                      &
3549                   water_pars_f%pars_xy(ind_w_emis,j,i) 
3550             ENDIF
3551          ENDDO
3552!
3553!--       Vertical surfaces
3554          DO  l = 0, 3
3555             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
3556                i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,         &
3557                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3558                j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,         &
3559                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3560!
3561!--             If surface element is not a water surface and any value in
3562!--             water_pars is given, neglect this information and give an
3563!--             informative message that this value will not be used.   
3564                IF ( .NOT. surf_lsm_v(l)%water_surface(m)  .AND.               &
3565                      ANY( water_pars_f%pars_xy(:,j,i) /=                      &
3566                      water_pars_f%fill ) )  THEN
3567                   WRITE( message_string, * )                                  &
3568                              'surface element at grid point (j,i) = (',       &
3569                              j, i, ') is not a water surface, ',              &
3570                              'so that information given in ',                 &
3571                              'water_pars at this point is neglected.' 
3572                   CALL message( 'land_surface_model_mod', 'PA0999',           &
3573                                  0, 0, 0, 6, 0 )
3574                ELSE
3575
3576                   IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_temp,j,i) /=                &
3577                     water_pars_f%fill  .AND.                                  &
3578                     TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )     &
3579                      t_soil_v(l)%var_2d(:,m) = water_pars_f%pars_xy(ind_w_temp,j,i)
3580
3581                   IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_z0,j,i) /=                  &
3582                        water_pars_f%fill )                                    &
3583                      surf_lsm_v(l)%z0(m)   = water_pars_f%pars_xy(ind_w_z0,j,i)
3584
3585                   IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_z0h,j,i) /=                 &
3586                       water_pars_f%fill )  THEN
3587                      surf_lsm_v(l)%z0h(m)  = water_pars_f%pars_xy(ind_w_z0h,j,i)
3588                      surf_lsm_v(l)%z0q(m)  = water_pars_f%pars_xy(ind_w_z0h,j,i)
3589                   ENDIF
3590
3591                   IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_lambda_s,j,i) /=            &
3592                        water_pars_f%fill )                                    &
3593                      surf_lsm_v(l)%lambda_surface_s(m) =                      &
3594                                      water_pars_f%pars_xy(ind_w_lambda_s,j,i)
3595
3596                   IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_lambda_u,j,i) /=            &
3597                        water_pars_f%fill )                                    &
3598                      surf_lsm_v(l)%lambda_surface_u(m) =                      &
3599                                      water_pars_f%pars_xy(ind_w_lambda_u,j,i)   
3600 
3601                   IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_at,j,i) /=                  &
3602                        water_pars_f%fill )                                    &
3603                      surf_lsm_v(l)%albedo_type(ind_wat_win,m) =               &
3604                                      INT( water_pars_f%pars_xy(ind_w_at,j,i) )
3605
3606                   IF ( water_pars_f%pars_xy(ind_w_emis,j,i) /=                &
3607                        water_pars_f%fill )                                    &
3608                      surf_lsm_v(l)%emissivity(ind_wat_win,m)  =               &
3609                                      water_pars_f%pars_xy(ind_w_emis,j,i) 
3610                ENDIF
3611             ENDDO
3612          ENDDO
3613
3614       ENDIF
3615!
3616!--    Initialize pavement-type surfaces, level 1
3617       IF ( pavement_type /= 0 )  THEN 
3618
3619!
3620!--       When a pavement_type is used, overwrite a possible setting of
3621!--       the pavement depth as it is already defined by the pavement type
3622          pavement_depth_level = 0
3623
3624          IF ( z0_pavement == 9999999.9_wp )  THEN
3625             z0_pavement  = pavement_pars(ind_p_z0,pavement_type) 
3626          ENDIF
3627
3628          IF ( z0h_pavement == 9999999.9_wp )  THEN
3629             z0h_pavement = pavement_pars(ind_p_z0h,pavement_type)
3630          ENDIF
3631
3632          IF ( pavement_heat_conduct == 9999999.9_wp )  THEN
3633             pavement_heat_conduct = pavement_subsurface_pars_1(0,pavement_type)
3634          ENDIF
3635
3636          IF ( pavement_heat_capacity == 9999999.9_wp )  THEN
3637             pavement_heat_capacity = pavement_subsurface_pars_2(0,pavement_type)
3638          ENDIF   
3639   
3640          IF ( albedo_type == 9999999  .AND.  albedo == 9999999.9_wp )  THEN
3641             albedo_type = INT(pavement_pars(ind_p_at,pavement_type))       
3642          ENDIF
3643   
3644          IF ( emissivity == 9999999.9_wp )  THEN
3645             emissivity = pavement_pars(ind_p_emis,pavement_type)       
3646          ENDIF
3647
3648!
3649!--       If the depth level of the pavement is not set, determine it from
3650!--       lookup table.
3651          IF ( pavement_depth_level == 0 )  THEN
3652             DO  k = nzb_soil, nzt_soil 
3653                IF ( pavement_subsurface_pars_1(k,pavement_type) == 9999999.9_wp &
3654                .OR. pavement_subsurface_pars_2(k,pavement_type) == 9999999.9_wp)&
3655                THEN
3656                   nzt_pavement = k-1
3657                   EXIT
3658                ENDIF
3659             ENDDO
3660          ELSE
3661             nzt_pavement = pavement_depth_level
3662          ENDIF
3663
3664       ENDIF
3665!
3666!--    Level 1 initialization of pavement type surfaces. Horizontally
3667!--    homogeneous characteristics are assumed
3668       surf_lsm_h%nzt_pavement = pavement_depth_level
3669       DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
3670          IF ( surf_lsm_h%pavement_surface(m) )  THEN
3671             surf_lsm_h%nzt_pavement(m)        = nzt_pavement
3672             surf_lsm_h%z0(m)                  = z0_pavement
3673             surf_lsm_h%z0h(m)                 = z0h_pavement
3674             surf_lsm_h%z0q(m)                 = z0h_pavement
3675             surf_lsm_h%lambda_surface_s(m)    = pavement_heat_conduct         &
3676                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         &
3677                                                  * 2.0_wp   
3678             surf_lsm_h%lambda_surface_u(m)    = pavement_heat_conduct         &
3679                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         &
3680                                                  * 2.0_wp           
3681             surf_lsm_h%c_surface(m)           = pavement_heat_capacity        &
3682                                                        * dz_soil(nzb_soil)    &
3683                                                        * 0.25_wp                                   
3684
3685             surf_lsm_h%albedo_type(ind_pav_green,m) = albedo_type
3686             surf_lsm_h%emissivity(ind_pav_green,m)  = emissivity     
3687     
3688             IF ( pavement_type /= 0 )  THEN
3689                DO  k = nzb_soil, surf_lsm_h%nzt_pavement(m)
3690                   surf_lsm_h%lambda_h_def(k,m)    =                           &
3691                                     pavement_subsurface_pars_1(k,pavement_type)                       
3692                   surf_lsm_h%rho_c_total_def(k,m) =                           &
3693                                     pavement_subsurface_pars_2(k,pavement_type) 
3694                ENDDO
3695             ELSE
3696                surf_lsm_v(l)%lambda_h_def(:,m)     = pavement_heat_conduct
3697                surf_lsm_v(l)%rho_c_total_def(:,m)  = pavement_heat_capacity
3698             ENDIF       
3699          ENDIF
3700       ENDDO                               
3701
3702       DO  l = 0, 3
3703          surf_lsm_v(l)%nzt_pavement = pavement_depth_level
3704          DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
3705             IF ( surf_lsm_v(l)%pavement_surface(m) )  THEN
3706                surf_lsm_v(l)%nzt_pavement(m)        = nzt_pavement
3707                surf_lsm_v(l)%z0(m)                  = z0_pavement
3708                surf_lsm_v(l)%z0h(m)                 = z0h_pavement
3709                surf_lsm_v(l)%z0q(m)                 = z0h_pavement
3710                surf_lsm_v(l)%lambda_surface_s(m)    = pavement_heat_conduct   &
3711                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         &
3712                                                  * 2.0_wp   
3713                surf_lsm_v(l)%lambda_surface_u(m)    = pavement_heat_conduct   &
3714                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         &
3715                                                  * 2.0_wp           
3716                surf_lsm_v(l)%c_surface(m)           = pavement_heat_capacity  &
3717                                                        * dz_soil(nzb_soil)    &
3718                                                        * 0.25_wp                                     
3719
3720                surf_lsm_v(l)%albedo_type(ind_pav_green,m) = albedo_type
3721                surf_lsm_v(l)%emissivity(ind_pav_green,m)  = emissivity
3722
3723                IF ( pavement_type /= 0 )  THEN
3724                   DO  k = nzb_soil, surf_lsm_v(l)%nzt_pavement(m)
3725                      surf_lsm_v(l)%lambda_h_def(k,m)    =                     &
3726                                     pavement_subsurface_pars_1(k,pavement_type)                       
3727                      surf_lsm_v(l)%rho_c_total_def(k,m) =                     &
3728                                     pavement_subsurface_pars_2(k,pavement_type) 
3729                   ENDDO
3730                ELSE
3731                   surf_lsm_v(l)%lambda_h_def(:,m)     = pavement_heat_conduct
3732                   surf_lsm_v(l)%rho_c_total_def(:,m)  = pavement_heat_capacity
3733                ENDIF     
3734             ENDIF
3735          ENDDO
3736       ENDDO
3737!
3738!--    Level 2 initialization of pavement type surfaces via pavement_type read
3739!--    from file. Pavement surfaces are initialized for each (y,x)-grid point
3740!--    individually.
3741       IF ( pavement_type_f%from_file )  THEN
3742!
3743!--       Horizontal surfaces
3744          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
3745             i = surf_lsm_h%i(m)
3746             j = surf_lsm_h%j(m)
3747             
3748             st = pavement_type_f%var(j,i)
3749             IF ( st /= pavement_type_f%fill  .AND.  st /= 0 )  THEN
3750!
3751!--             Determine deepmost index of pavement layer
3752                DO  k = nzb_soil, nzt_soil 
3753                   IF ( pavement_subsurface_pars_1(k,st) == 9999999.9_wp       &
3754                   .OR. pavement_subsurface_pars_2(k,st) == 9999999.9_wp)      &
3755                   THEN
3756                      surf_lsm_h%nzt_pavement(m) = k-1
3757                      EXIT
3758                   ENDIF
3759                ENDDO
3760
3761                surf_lsm_h%z0(m)                = pavement_pars(ind_p_z0,st)
3762                surf_lsm_h%z0h(m)               = pavement_pars(ind_p_z0h,st)
3763                surf_lsm_h%z0q(m)               = pavement_pars(ind_p_z0h,st)
3764
3765                surf_lsm_h%lambda_surface_s(m)  =                              &
3766                                              pavement_subsurface_pars_1(0,st) &
3767                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         &
3768                                                  * 2.0_wp   
3769                surf_lsm_h%lambda_surface_u(m)  =                              &
3770                                              pavement_subsurface_pars_1(0,st) &
3771                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         &
3772                                                  * 2.0_wp       
3773                surf_lsm_h%c_surface(m)         =                              &
3774                                               pavement_subsurface_pars_2(0,st)&
3775                                                        * dz_soil(nzb_soil)    &
3776                                                        * 0.25_wp                               
3777                surf_lsm_h%albedo_type(ind_pav_green,m) = INT( pavement_pars(ind_p_at,st) )
3778                surf_lsm_h%emissivity(ind_pav_green,m)  = pavement_pars(ind_p_emis,st) 
3779
3780                DO  k = nzb_soil, surf_lsm_h%nzt_pavement(m)
3781                   surf_lsm_h%lambda_h_def(k,m)    =                           &
3782                                     pavement_subsurface_pars_1(k,pavement_type)                       
3783                   surf_lsm_h%rho_c_total_def(k,m) =                           &
3784                                     pavement_subsurface_pars_2(k,pavement_type) 
3785                ENDDO   
3786             ENDIF
3787          ENDDO
3788!
3789!--       Vertical surfaces
3790          DO  l = 0, 3
3791             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
3792                i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,         &
3793                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3794                j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,         &
3795                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3796             
3797                st = pavement_type_f%var(j,i)
3798                IF ( st /= pavement_type_f%fill  .AND.  st /= 0 )  THEN
3799!
3800!--                Determine deepmost index of pavement layer
3801                   DO  k = nzb_soil, nzt_soil 
3802                      IF ( pavement_subsurface_pars_1(k,st) == 9999999.9_wp    &
3803                      .OR. pavement_subsurface_pars_2(k,st) == 9999999.9_wp)   &
3804                      THEN
3805                         surf_lsm_v(l)%nzt_pavement(m) = k-1
3806                         EXIT
3807                      ENDIF
3808                   ENDDO
3809
3810                   surf_lsm_v(l)%z0(m)  = pavement_pars(ind_p_z0,st)
3811                   surf_lsm_v(l)%z0h(m) = pavement_pars(ind_p_z0h,st)
3812                   surf_lsm_v(l)%z0q(m) = pavement_pars(ind_p_z0h,st)
3813
3814                   surf_lsm_v(l)%lambda_surface_s(m)  =                        &
3815                                              pavement_subsurface_pars_1(0,st) &
3816                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         & 
3817                                                  * 2.0_wp   
3818                   surf_lsm_v(l)%lambda_surface_u(m)  =                        &
3819                                              pavement_subsurface_pars_1(0,st) &
3820                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         &
3821                                                  * 2.0_wp     
3822
3823                   surf_lsm_v(l)%c_surface(m)    =                             &
3824                                           pavement_subsurface_pars_2(0,st)    &
3825                                                        * dz_soil(nzb_soil)    &
3826                                                        * 0.25_wp                                   
3827                   surf_lsm_v(l)%albedo_type(ind_pav_green,m) =                &
3828                                              INT( pavement_pars(ind_p_at,st) )
3829                   surf_lsm_v(l)%emissivity(ind_pav_green,m)  =                &
3830                                              pavement_pars(ind_p_emis,st)   
3831                                             
3832                   DO  k = nzb_soil, surf_lsm_v(l)%nzt_pavement(m)
3833                      surf_lsm_v(l)%lambda_h_def(k,m)    =                     &
3834                                    pavement_subsurface_pars_1(k,pavement_type)                       
3835                      surf_lsm_v(l)%rho_c_total_def(k,m) =                     &
3836                                    pavement_subsurface_pars_2(k,pavement_type) 
3837                   ENDDO   
3838                ENDIF
3839             ENDDO
3840          ENDDO
3841       ENDIF
3842!
3843!--    Level 3, initialization of pavement parameters at single (x,y)
3844!--    position via pavement_pars read from file.
3845       IF ( pavement_pars_f%from_file )  THEN
3846!
3847!--       Horizontal surfaces
3848          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
3849             i = surf_lsm_h%i(m)
3850             j = surf_lsm_h%j(m)
3851!
3852!--          If surface element is not a pavement surface and any value in
3853!--          pavement_pars is given, neglect this information and give an
3854!--          informative message that this value will not be used.   
3855             IF ( .NOT. surf_lsm_h%pavement_surface(m)  .AND.                  &
3856                   ANY( pavement_pars_f%pars_xy(:,j,i) /=                      &
3857                   pavement_pars_f%fill ) )  THEN
3858                WRITE( message_string, * )                                     &
3859                              'surface element at grid point (j,i) = (',       &
3860                              j, i, ') is not a pavement surface, ',           &
3861                              'so that information given in ',                 &
3862                              'pavement_pars at this point is neglected.' 
3863                CALL message( 'land_surface_model_mod', 'PA0999', 0, 0, 0, 6, 0 )
3864             ELSE
3865                IF ( pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_z0,j,i) /=                  &
3866                     pavement_pars_f%fill )                                    &
3867                   surf_lsm_h%z0(m)  = pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_z0,j,i)
3868                IF ( pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_z0h,j,i) /=                 &
3869                     pavement_pars_f%fill )  THEN
3870                   surf_lsm_h%z0h(m) = pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_z0h,j,i)
3871                   surf_lsm_h%z0q(m) = pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_z0h,j,i)
3872                ENDIF
3873                IF ( pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_lambda_h,0,j,i) &
3874                     /= pavement_subsurface_pars_f%fill )  THEN
3875                   surf_lsm_h%lambda_surface_s(m)  =                           &
3876                      pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_lambda_h,0,j,i)&
3877                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         &
3878                                                  * 2.0_wp
3879                   surf_lsm_h%lambda_surface_u(m)  =                           &
3880                      pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_lambda_h,0,j,i)&
3881                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         &
3882                                                  * 2.0_wp   
3883                ENDIF
3884                IF ( pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_rho_c,0,j,i) /= &
3885                     pavement_subsurface_pars_f%fill )  THEN
3886                   surf_lsm_h%c_surface(m)     =                               &
3887                      pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_rho_c,0,j,i)   &
3888                                                  * dz_soil(nzb_soil)          &
3889                                                  * 0.25_wp                                   
3890                ENDIF
3891                IF ( pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_at,j,i) /=                  &
3892                     pavement_pars_f%fill )                                    &
3893                   surf_lsm_h%albedo_type(ind_pav_green,m) =                   &
3894                                              INT( pavement_pars(ind_p_at,st) )
3895                IF ( pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_emis,j,i) /=                &
3896                     pavement_pars_f%fill )                                    &
3897                   surf_lsm_h%emissivity(ind_pav_green,m)  =                   &
3898                                              pavement_pars(ind_p_emis,st) 
3899             ENDIF
3900
3901          ENDDO
3902!
3903!--       Vertical surfaces
3904          DO  l = 0, 3
3905             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
3906                i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,         &
3907                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3908                j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,         &
3909                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3910!
3911!--             If surface element is not a pavement surface and any value in
3912!--             pavement_pars is given, neglect this information and give an
3913!--             informative message that this value will not be used.   
3914                IF ( .NOT. surf_lsm_v(l)%pavement_surface(m)  .AND.            &
3915                      ANY( pavement_pars_f%pars_xy(:,j,i) /=                   &
3916                      pavement_pars_f%fill ) )  THEN
3917                   WRITE( message_string, * )                                  &
3918                                 'surface element at grid point (j,i) = (',    &
3919                                 j, i, ') is not a pavement surface, ',        &
3920                                 'so that information given in ',              &
3921                                 'pavement_pars at this point is neglected.' 
3922                   CALL message( 'land_surface_model_mod', 'PA0999', 0, 0, 0, 6, 0 )
3923                ELSE
3924
3925                   IF ( pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_z0,j,i) /=               &
3926                        pavement_pars_f%fill )                                 &
3927                      surf_lsm_v(l)%z0(m) = pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_z0,j,i)
3928                   IF ( pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_z0h,j,i) /=              &
3929                        pavement_pars_f%fill )  THEN
3930                      surf_lsm_v(l)%z0h(m) = pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_z0h,j,i)
3931                      surf_lsm_v(l)%z0q(m) = pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_z0h,j,i)
3932                   ENDIF
3933                   IF ( pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_lambda_h,0,j,i)&
3934                        /= pavement_subsurface_pars_f%fill )  THEN
3935                      surf_lsm_v(l)%lambda_surface_s(m) =                      &
3936                      pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_lambda_h,0,j,i)&
3937                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         &
3938                                                  * 2.0_wp
3939                      surf_lsm_v(l)%lambda_surface_u(m) =                      &
3940                      pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_lambda_h,0,j,i)&
3941                                                  * ddz_soil(nzb_soil)         &
3942                                                  * 2.0_wp   
3943                   ENDIF
3944                   IF ( pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_rho_c,0,j,i) &
3945                        /= pavement_subsurface_pars_f%fill )  THEN
3946                      surf_lsm_v(l)%c_surface(m)    =                          &
3947                         pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_rho_c,0,j,i)&
3948                                                  * dz_soil(nzb_soil)          &
3949                                                  * 0.25_wp                                 
3950                   ENDIF
3951                   IF ( pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_at,j,i) /=               &
3952                        pavement_pars_f%fill )                                 &
3953                      surf_lsm_v(l)%albedo_type(ind_pav_green,m) =             &
3954                                            INT( pavement_pars(ind_p_at,st) )
3955
3956                   IF ( pavement_pars_f%pars_xy(ind_p_emis,j,i) /=             &
3957                        pavement_pars_f%fill )                                 &
3958                      surf_lsm_v(l)%emissivity(ind_pav_green,m)  =             &
3959                                            pavement_pars(ind_p_emis,st) 
3960                ENDIF
3961             ENDDO
3962          ENDDO
3963       ENDIF
3964!
3965!--    Moreover, for grid points which are flagged with pavement-type 0 or whre
3966!--    pavement_subsurface_pars_f is provided, soil heat conductivity and
3967!--    capacity are initialized with parameters given in       
3968!--    pavement_subsurface_pars read from file.
3969       IF ( pavement_subsurface_pars_f%from_file )  THEN
3970!
3971!--       Set pavement depth to nzt_soil. Please note, this is just a
3972!--       workaround at the moment.
3973          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
3974             IF ( surf_lsm_h%pavement_surface(m) )  THEN
3975
3976                i = surf_lsm_h%i(m)
3977                j = surf_lsm_h%j(m)
3978
3979                surf_lsm_h%nzt_pavement(m) = nzt_soil
3980
3981                DO  k = nzb_soil, nzt_soil 
3982                   surf_lsm_h%lambda_h_def(k,m) =                              &
3983                       pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_lambda_h,k,j,i)
3984                   surf_lsm_h%rho_c_total_def(k,m) =                           &
3985                       pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_rho_c,k,j,i)
3986                ENDDO
3987
3988             ENDIF
3989          ENDDO
3990          DO  l = 0, 3
3991             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
3992                IF ( surf_lsm_v(l)%pavement_surface(m) )  THEN
3993
3994                   i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,      &
3995                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3996                   j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,      &
3997                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
3998
3999                   surf_lsm_v(l)%nzt_pavement(m) = nzt_soil
4000
4001                   DO  k = nzb_soil, nzt_soil 
4002                      surf_lsm_v(l)%lambda_h_def(k,m) =                        &
4003                       pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_lambda_h,k,j,i)
4004                      surf_lsm_v(l)%rho_c_total_def(k,m) =                     &
4005                       pavement_subsurface_pars_f%pars_xyz(ind_p_rho_c,k,j,i)
4006                   ENDDO
4007
4008                ENDIF
4009             ENDDO
4010          ENDDO
4011       ENDIF
4012
4013!
4014!--    Initial run actions
4015       IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
4016!
4017!--       In case of nested runs, check if soil is initialized via dynamic
4018!--       input file in root domain and distribute this information
4019!--       to all embedded child domains. This case, soil moisture and
4020!--       temperature will be initialized via root domain. 
4021          init_soil_dynamically_in_child = .FALSE. 
4022          IF ( nested_run )  THEN
4023#if defined( __parallel )
4024             CALL MPI_ALLREDUCE( init_3d%from_file_tsoil  .OR.                 &
4025                                 init_3d%from_file_msoil,                      &
4026                                 init_soil_dynamically_in_child,               &
4027                                 1, MPI_LOGICAL, MPI_LOR, MPI_COMM_WORLD, ierr )
4028#endif
4029          ENDIF
4030
4031!
4032!--       First, initialize soil temperature and moisture.
4033!--       According to the initialization for surface and soil parameters,
4034!--       initialize soil moisture and temperature via a level approach. This
4035!--       is to assure that all surface elements are initialized, even if
4036!--       data provided from input file contains fill values at some locations.
4037!--       Level 1, initialization via profiles given in parameter file
4038          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
4039             IF ( surf_lsm_h%vegetation_surface(m)  .OR.                       &
4040                  surf_lsm_h%pavement_surface(m) )  THEN
4041                DO  k = nzb_soil, nzt_soil 
4042                   t_soil_h%var_2d(k,m) = soil_temperature(k)
4043                   m_soil_h%var_2d(k,m) = soil_moisture(k)
4044                ENDDO
4045                t_soil_h%var_2d(nzt_soil+1,m) = deep_soil_temperature
4046             ENDIF
4047          ENDDO
4048          DO  l = 0, 3
4049             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
4050                IF ( surf_lsm_v(l)%vegetation_surface(m)  .OR.                 &
4051                     surf_lsm_v(l)%pavement_surface(m) )  THEN
4052                   DO  k = nzb_soil, nzt_soil 
4053                      t_soil_v(l)%var_2d(k,m) = soil_temperature(k)
4054                      m_soil_v(l)%var_2d(k,m) = soil_moisture(k)
4055                   ENDDO
4056                   t_soil_v(l)%var_2d(nzt_soil+1,m) = deep_soil_temperature
4057                ENDIF
4058             ENDDO
4059          ENDDO
4060!
4061!--       Initialization of soil moisture and temperature from file.
4062!--       In case of nested runs, only root parent reads dynamic input file.
4063!--       This case, transfer respective soil information provide
4064!--       by dynamic input file from root parent domain onto all other domains.
4065          IF ( init_soil_dynamically_in_child )  THEN
4066!
4067!--          Child domains will be only initialized with horizontally
4068!--          averaged soil profiles in parent domain (for sake of simplicity).
4069!--          If required, average soil data on root parent domain before
4070!--          distribute onto child domains.
4071             IF ( init_3d%from_file_msoil  .AND.  init_3d%lod_msoil == 2 )     &
4072             THEN
4073                ALLOCATE( pr_soil_init(0:init_3d%nzs-1) )
4074
4075                DO  k = 0, init_3d%nzs-1
4076                   pr_soil_init(k) = SUM( init_3d%msoil(k,nys:nyn,nxl:nxr)  )
4077                ENDDO
4078!
4079!--             Allocate 1D array for soil-moisture profile (will not be
4080!--             allocated in lod==2 case).
4081                ALLOCATE( init_3d%msoil_init(0:init_3d%nzs-1) )
4082                init_3d%msoil_init = 0.0_wp
4083#if defined( __parallel )
4084                CALL MPI_ALLREDUCE( pr_soil_init(0), init_3d%msoil_init(0),    &
4085                                    SIZE(pr_soil_init),                        &
4086                                    MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
4087#endif
4088                init_3d%msoil_init = init_3d%msoil_init /                      &
4089                                        REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1), KIND=wp )
4090                DEALLOCATE( pr_soil_init )
4091             ENDIF
4092             IF ( init_3d%from_file_tsoil  .AND.  init_3d%lod_tsoil == 2 )  THEN
4093                ALLOCATE( pr_soil_init(0:init_3d%nzs-1) )
4094
4095                DO  k = 0, init_3d%nzs-1
4096                   pr_soil_init(k) = SUM( init_3d%tsoil(k,nys:nyn,nxl:nxr)  )
4097                ENDDO
4098!
4099!--             Allocate 1D array for soil-temperature profile (will not be
4100!--             allocated in lod==2 case).
4101                ALLOCATE( init_3d%tsoil_init(0:init_3d%nzs-1) )
4102                init_3d%tsoil_init = 0.0_wp
4103#if defined( __parallel )
4104                CALL MPI_ALLREDUCE( pr_soil_init(0), init_3d%tsoil_init(0),    &
4105                                    SIZE(pr_soil_init),                        &
4106                                    MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
4107#endif
4108                init_3d%tsoil_init = init_3d%tsoil_init /                      &
4109                                        REAL( ( nx + 1 ) * ( ny + 1), KIND=wp )
4110                DEALLOCATE( pr_soil_init )
4111
4112             ENDIF
4113
4114#if defined( __parallel )
4115!
4116!--          Distribute soil grid information on file from root to all childs.
4117!--          Only process with rank 0 sends the information.
4118             CALL MPI_BCAST( init_3d%nzs,    1,                                &
4119                             MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, ierr )
4120
4121             IF ( .NOT.  ALLOCATED( init_3d%z_soil ) )                         &
4122                ALLOCATE( init_3d%z_soil(1:init_3d%nzs) )
4123
4124             CALL MPI_BCAST( init_3d%z_soil, SIZE(init_3d%z_soil),             &
4125                             MPI_REAL, 0, MPI_COMM_WORLD, ierr )
4126#endif
4127!
4128!--          ALLOCATE arrays on child domains and set control attributes.
4129             IF ( .NOT. init_3d%from_file_msoil )  THEN
4130                ALLOCATE( init_3d%msoil_init(0:init_3d%nzs-1) )
4131                init_3d%lod_msoil = 1
4132                init_3d%from_file_msoil = .TRUE.
4133             ENDIF
4134             IF ( .NOT. init_3d%from_file_tsoil )  THEN
4135                ALLOCATE( init_3d%tsoil_init(0:init_3d%nzs-1) )
4136                init_3d%lod_tsoil = 1
4137                init_3d%from_file_tsoil = .TRUE.
4138             ENDIF
4139
4140
4141#if defined( __parallel )
4142!
4143!--          Distribute soil profiles from root to all childs
4144             CALL MPI_BCAST( init_3d%msoil_init, SIZE(init_3d%msoil_init),     &
4145                             MPI_REAL, 0, MPI_COMM_WORLD, ierr )
4146             CALL MPI_BCAST( init_3d%tsoil_init, SIZE(init_3d%tsoil_init),     &
4147                             MPI_REAL, 0, MPI_COMM_WORLD, ierr )
4148#endif
4149
4150          ENDIF
4151!
4152!--       Proceed with Level 2 initialization. Information from dynamic input
4153!--       is now available on all processes.
4154          IF ( init_3d%from_file_msoil )  THEN
4155
4156             IF ( init_3d%lod_msoil == 1 )  THEN
4157                DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
4158
4159                   CALL netcdf_data_input_interpolate(                         &
4160                                       m_soil_h%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,m),   &
4161                                       init_3d%msoil_init(:),                  &
4162                                       zs(nzb_soil:nzt_soil), init_3d%z_soil,  &
4163                                       nzb_soil, nzt_soil,                     &
4164                                       nzb_soil, init_3d%nzs-1 )
4165                ENDDO
4166                DO  l = 0, 3
4167                   DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
4168
4169                      CALL netcdf_data_input_interpolate(                      &
4170                                       m_soil_v(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,m),&
4171                                       init_3d%msoil_init(:),                  &
4172                                       zs(nzb_soil:nzt_soil), init_3d%z_soil,  &
4173                                       nzb_soil, nzt_soil,                     &
4174                                       nzb_soil, init_3d%nzs-1 )
4175                   ENDDO
4176                ENDDO
4177             ELSE
4178
4179                DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
4180                   i = surf_lsm_h%i(m)
4181                   j = surf_lsm_h%j(m)
4182
4183                   IF ( init_3d%msoil(0,j,i) /= init_3d%fill_msoil )           &
4184                      CALL netcdf_data_input_interpolate(                      &
4185                                       m_soil_h%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,m),   &
4186                                       init_3d%msoil(:,j,i),                   &
4187                                       zs(nzb_soil:nzt_soil), init_3d%z_soil,  &
4188                                       nzb_soil, nzt_soil,                     &
4189                                       nzb_soil, init_3d%nzs-1 )
4190                ENDDO
4191                DO  l = 0, 3
4192                   DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
4193                      i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,   &
4194                                             surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
4195                      j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,   &
4196                                             surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
4197
4198                      IF ( init_3d%msoil(0,j,i) /= init_3d%fill_msoil )        &
4199                         CALL netcdf_data_input_interpolate(                   &
4200                                       m_soil_v(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,m),&
4201                                       init_3d%msoil(:,j,i),                   &
4202                                       zs(nzb_soil:nzt_soil), init_3d%z_soil,  &
4203                                       nzb_soil, nzt_soil,                     &
4204                                       nzb_soil, init_3d%nzs-1 )
4205                   ENDDO
4206                ENDDO
4207             ENDIF
4208          ENDIF
4209!
4210!--       Soil temperature
4211          IF ( init_3d%from_file_tsoil )  THEN
4212
4213             IF ( init_3d%lod_tsoil == 1 )  THEN ! change to 1 if provided correctly by INIFOR
4214                DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
4215
4216                   CALL netcdf_data_input_interpolate(                         &
4217                                       t_soil_h%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,m),   &
4218                                       init_3d%tsoil_init(:),                  &
4219                                       zs(nzb_soil:nzt_soil), init_3d%z_soil,  &
4220                                       nzb_soil, nzt_soil,                     &
4221                                       nzb_soil, init_3d%nzs-1 )
4222                   t_soil_h%var_2d(nzt_soil+1,m) = t_soil_h%var_2d(nzt_soil,m)
4223                ENDDO
4224                DO  l = 0, 3
4225                   DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
4226
4227                      CALL netcdf_data_input_interpolate(                      &
4228                                       t_soil_v(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,m),&
4229                                       init_3d%tsoil_init(:),                  &
4230                                       zs(nzb_soil:nzt_soil), init_3d%z_soil,  &
4231                                       nzb_soil, nzt_soil,                     &
4232                                       nzb_soil, init_3d%nzs-1 )
4233                      t_soil_v(l)%var_2d(nzt_soil+1,m) =                       &
4234                                                 t_soil_v(l)%var_2d(nzt_soil,m)
4235                   ENDDO
4236                ENDDO
4237             ELSE
4238
4239                DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
4240                   i = surf_lsm_h%i(m)
4241                   j = surf_lsm_h%j(m)
4242
4243                   IF ( init_3d%msoil(0,j,i) /= init_3d%fill_msoil )           &
4244                      CALL netcdf_data_input_interpolate(                      &
4245                                       t_soil_h%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,m),   &
4246                                       init_3d%tsoil(:,j,i),                   &
4247                                       zs(nzb_soil:nzt_soil), init_3d%z_soil,  &
4248                                       nzb_soil, nzt_soil,                     &
4249                                       nzb_soil, init_3d%nzs-1 )
4250                   t_soil_h%var_2d(nzt_soil+1,m) = t_soil_h%var_2d(nzt_soil,m)
4251                ENDDO
4252                DO  l = 0, 3
4253                   DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
4254                      i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,   &
4255                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
4256                      j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,   &
4257                                                surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
4258
4259                      IF ( init_3d%msoil(0,j,i) /= init_3d%fill_msoil )        &
4260                         CALL netcdf_data_input_interpolate(                   &
4261                                       t_soil_v(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,m),&
4262                                       init_3d%tsoil(:,j,i),                   &
4263                                       zs(nzb_soil:nzt_soil), init_3d%z_soil,  &
4264                                       nzb_soil, nzt_soil,                     &
4265                                       nzb_soil, init_3d%nzs-1 )
4266                      t_soil_v(l)%var_2d(nzt_soil+1,m) =                       &
4267                                                 t_soil_v(l)%var_2d(nzt_soil,m)
4268                   ENDDO
4269                ENDDO
4270             ENDIF
4271          ENDIF
4272!
4273!--       Further initialization
4274          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
4275
4276             i   = surf_lsm_h%i(m)           
4277             j   = surf_lsm_h%j(m)
4278             k   = surf_lsm_h%k(m)
4279!
4280!--          Calculate surface temperature. In case of bare soil, the surface
4281!--          temperature must be reset to the soil temperature in the first soil
4282!--          layer
4283             IF ( surf_lsm_h%lambda_surface_s(m) == 0.0_wp )  THEN
4284                t_surface_h%var_1d(m)    = t_soil_h%var_2d(nzb_soil,m)
4285                surf_lsm_h%pt_surface(m) = t_soil_h%var_2d(nzb_soil,m) / exn
4286             ELSE
4287                t_surface_h%var_1d(m)    = pt(k-1,j,i) * exn
4288                surf_lsm_h%pt_surface(m) = pt(k-1,j,i) 
4289             ENDIF
4290             
4291             IF ( cloud_physics  .OR. cloud_droplets ) THEN
4292                surf_lsm_h%pt1(m) = pt(k,j,i) + l_d_cp * pt_d_t(k) * ql(k,j,i)
4293             ELSE
4294                surf_lsm_h%pt1(m) = pt(k,j,i)
4295             ENDIF
4296
4297
4298!
4299!--          Assure that r_a cannot be zero at model start
4300             IF ( surf_lsm_h%pt1(m) == surf_lsm_h%pt_surface(m) )              &
4301                surf_lsm_h%pt1(m) = surf_lsm_h%pt1(m) + 1.0E-20_wp
4302
4303             surf_lsm_h%us(m)   = 0.1_wp
4304             surf_lsm_h%ts(m)   = ( surf_lsm_h%pt1(m) - surf_lsm_h%pt_surface(m) )&
4305                                  / surf_lsm_h%r_a(m)
4306             surf_lsm_h%shf(m)  = - surf_lsm_h%us(m) * surf_lsm_h%ts(m)        &
4307                                  * rho_surface
4308         ENDDO
4309!
4310!--      Vertical surfaces
4311         DO  l = 0, 3
4312             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
4313                i   = surf_lsm_v(l)%i(m)           
4314                j   = surf_lsm_v(l)%j(m)
4315                k   = surf_lsm_v(l)%k(m)         
4316!
4317!--             Calculate surface temperature. In case of bare soil, the surface
4318!--             temperature must be reset to the soil temperature in the first soil
4319!--             layer
4320                IF ( surf_lsm_v(l)%lambda_surface_s(m) == 0.0_wp )  THEN
4321                   t_surface_v(l)%var_1d(m)      = t_soil_v(l)%var_2d(nzb_soil,m)
4322                   surf_lsm_v(l)%pt_surface(m)   = t_soil_v(l)%var_2d(nzb_soil,m) / exn
4323                ELSE
4324                   j_off = surf_lsm_v(l)%joff
4325                   i_off = surf_lsm_v(l)%ioff
4326
4327                   t_surface_v(l)%var_1d(m)      = pt(k,j+j_off,i+i_off) * exn
4328                   surf_lsm_v(l)%pt_surface(m)   = pt(k,j+j_off,i+i_off)           
4329                ENDIF
4330
4331
4332                IF ( cloud_physics  .OR. cloud_droplets ) THEN
4333                   surf_lsm_v(l)%pt1(m) = pt(k,j,i) + l_d_cp * pt_d_t(k) * ql(k,j,i)
4334                ELSE
4335                   surf_lsm_v(l)%pt1(m) = pt(k,j,i)
4336                ENDIF
4337
4338!
4339!--             Assure that r_a cannot be zero at model start
4340                IF ( surf_lsm_v(l)%pt1(m) == surf_lsm_v(l)%pt_surface(m) )     &
4341                     surf_lsm_v(l)%pt1(m) = surf_lsm_v(l)%pt1(m) + 1.0E-20_wp
4342!
4343!--             Set artifical values for ts and us so that r_a has its initial value
4344!--             for the first time step. Only for interior core domain, not for ghost points
4345                surf_lsm_v(l)%us(m)   = 0.1_wp
4346                surf_lsm_v(l)%ts(m)   = ( surf_lsm_v(l)%pt1(m) - surf_lsm_v(l)%pt_surface(m) ) /&
4347                                          surf_lsm_v(l)%r_a(m)
4348                surf_lsm_v(l)%shf(m)  = - surf_lsm_v(l)%us(m) *                &
4349                                          surf_lsm_v(l)%ts(m) * rho_surface
4350
4351             ENDDO
4352          ENDDO
4353       ENDIF
4354!
4355!--    Level 1 initialization of root distribution - provided by the user via
4356!--    via namelist.
4357       DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
4358          DO  k = nzb_soil, nzt_soil
4359             surf_lsm_h%root_fr(k,m) = root_fraction(k)
4360          ENDDO
4361       ENDDO
4362
4363       DO  l = 0, 3
4364          DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
4365             DO  k = nzb_soil, nzt_soil
4366                surf_lsm_v(l)%root_fr(k,m) = root_fraction(k)
4367             ENDDO
4368          ENDDO
4369       ENDDO
4370
4371!
4372!--    Level 2 initialization of root distribution.
4373!--    When no root distribution is given by the user, use look-up table to prescribe
4374!--    the root fraction in the individual soil layers.
4375       IF ( ALL( root_fraction == 9999999.9_wp ) )  THEN
4376!
4377!--       First, calculate the index bounds for integration
4378          n_soil_layers_total = nzt_soil - nzb_soil + 6
4379          ALLOCATE ( bound(0:n_soil_layers_total) )
4380          ALLOCATE ( bound_root_fr(0:n_soil_layers_total) )
4381
4382          kn = 0
4383          ko = 0
4384          bound(0) = 0.0_wp
4385          DO k = 1, n_soil_layers_total-1
4386             IF ( zs_layer(kn) <= zs_ref(ko) )  THEN
4387                bound(k) = zs_layer(kn)
4388                bound_root_fr(k) = ko
4389                kn = kn + 1
4390                IF ( kn > nzt_soil+1 )  THEN
4391                   kn = nzt_soil
4392                ENDIF
4393             ELSE
4394                bound(k) = zs_ref(ko)
4395                bound_root_fr(k) = ko
4396                ko = ko + 1
4397                IF ( ko > 3 )  THEN
4398                   ko = 3
4399                ENDIF
4400             ENDIF
4401
4402          ENDDO
4403
4404!
4405!--       Integrate over all soil layers based on the four-layer root fraction
4406          kzs = 1
4407          root_fraction = 0.0_wp
4408          DO k = 0, n_soil_layers_total-2
4409             kroot = bound_root_fr(k+1)
4410             root_fraction(kzs-1) = root_fraction(kzs-1)                       &
4411                                + root_distribution(kroot,vegetation_type)     &
4412                                / dz_soil_ref(kroot) * ( bound(k+1) - bound(k) )
4413
4414             IF ( bound(k+1) == zs_layer(kzs-1) )  THEN
4415                kzs = kzs+1
4416             ENDIF
4417          ENDDO
4418
4419
4420!
4421!--       Normalize so that the sum of all fractions equals one
4422          root_fraction = root_fraction / SUM(root_fraction)
4423
4424          DEALLOCATE ( bound )
4425          DEALLOCATE ( bound_root_fr )
4426
4427!
4428!--       Map calculated root fractions
4429          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
4430             DO  k = nzb_soil, nzt_soil
4431                IF ( surf_lsm_h%pavement_surface(m)  .AND.                     &
4432                     k <= surf_lsm_h%nzt_pavement(m) )  THEN
4433                   surf_lsm_h%root_fr(k,m) = 0.0_wp
4434                ELSE
4435                   surf_lsm_h%root_fr(k,m) = root_fraction(k)
4436                ENDIF
4437
4438             ENDDO
4439!
4440!--          Normalize so that the sum = 1. Only relevant when the root         
4441!--          distribution was set to zero due to pavement at some layers.
4442             IF ( SUM( surf_lsm_h%root_fr(:,m) ) > 0.0_wp )  THEN
4443                DO k = nzb_soil, nzt_soil
4444                   surf_lsm_h%root_fr(k,m) = surf_lsm_h%root_fr(k,m)           &
4445                   / SUM( surf_lsm_h%root_fr(:,m) )
4446                ENDDO
4447             ENDIF
4448          ENDDO
4449          DO  l = 0, 3
4450             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
4451                DO  k = nzb_soil, nzt_soil
4452                   IF ( surf_lsm_v(l)%pavement_surface(m)  .AND.               &
4453                        k <= surf_lsm_v(l)%nzt_pavement(m) )  THEN
4454                      surf_lsm_v(l)%root_fr(k,m) = 0.0_wp
4455                   ELSE
4456                      surf_lsm_v(l)%root_fr(k,m) = root_fraction(k)
4457                   ENDIF
4458                ENDDO
4459!
4460!--             Normalize so that the sum = 1. Only relevant when the root     
4461!--             distribution was set to zero due to pavement at some layers.
4462                IF ( SUM( surf_lsm_v(l)%root_fr(:,m) ) > 0.0_wp )  THEN
4463                   DO  k = nzb_soil, nzt_soil 
4464                      surf_lsm_v(l)%root_fr(k,m) = surf_lsm_v(l)%root_fr(k,m)  &
4465                      / SUM( surf_lsm_v(l)%root_fr(:,m) )
4466                   ENDDO
4467                ENDIF
4468             ENDDO
4469           ENDDO
4470       ENDIF
4471!
4472!--    Level 3 initialization of root distribution.
4473!--    Take value from file
4474       IF ( root_area_density_lsm_f%from_file )  THEN
4475          DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
4476             IF ( surf_lsm_h%vegetation_surface(m) )  THEN
4477                i = surf_lsm_h%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,            &
4478                                             surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
4479                j = surf_lsm_h%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,            &
4480                                             surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
4481                DO  k = nzb_soil, nzt_soil
4482                   surf_lsm_h%root_fr(k,m) = root_area_density_lsm_f%var(k,j,i) 
4483                ENDDO
4484
4485             ENDIF
4486          ENDDO
4487
4488          DO  l = 0, 3
4489             DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
4490                IF ( surf_lsm_v(l)%vegetation_surface(m) )  THEN
4491                   i = surf_lsm_v(l)%i(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%ioff,      &
4492                                                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
4493                   j = surf_lsm_v(l)%j(m) + MERGE( 0, surf_lsm_v(l)%joff,      &
4494                                                   surf_lsm_v(l)%building_covered(m) ) 
4495
4496                   DO  k = nzb_soil, nzt_soil
4497                      surf_lsm_v(l)%root_fr(k,m) = root_area_density_lsm_f%var(k,j,i) 
4498                   ENDDO
4499
4500                ENDIF
4501             ENDDO
4502          ENDDO
4503
4504       ENDIF
4505 
4506!
4507!--    Possibly do user-defined actions (e.g. define heterogeneous land surface)
4508       CALL user_init_land_surface
4509
4510
4511!
4512!--    Calculate new roughness lengths (for water surfaces only, i.e. only
4513!-     horizontal surfaces)
4514       IF ( .NOT. constant_roughness )  CALL calc_z0_water_surface
4515
4516       t_soil_h_p    = t_soil_h
4517       m_soil_h_p    = m_soil_h
4518       m_liq_h_p     = m_liq_h
4519       t_surface_h_p = t_surface_h
4520
4521       t_soil_v_p    = t_soil_v
4522       m_soil_v_p    = m_soil_v
4523       m_liq_v_p     = m_liq_v
4524       t_surface_v_p = t_surface_v
4525
4526
4527
4528!--    Store initial profiles of t_soil and m_soil (assuming they are
4529!--    horizontally homogeneous on this PE)
4530!--    DEACTIVATED FOR NOW - leads to error when number of locations with
4531!--    soil model is zero on a PE.
4532!        hom(nzb_soil:nzt_soil,1,90,:)  = SPREAD( t_soil_h%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1),  &
4533!                                                 2, statistic_regions+1 )
4534!        hom(nzb_soil:nzt_soil,1,92,:)  = SPREAD( m_soil_h%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1),  &
4535!                                                 2, statistic_regions+1 )
4536
4537!
4538!--    Finally, make some consistency checks.
4539!--    Ceck for illegal combination of LAI and vegetation coverage.
4540       IF ( ANY( .NOT. surf_lsm_h%pavement_surface  .AND.                      &
4541                 surf_lsm_h%lai == 0.0_wp  .AND.  surf_lsm_h%c_veg == 1.0_wp ) &
4542          )  THEN
4543          message_string = 'For non-pavement surfaces the combination ' //     &
4544                           ' lai = 0.0 and c_veg = 1.0 is not allowed.'
4545          CALL message( 'lsm_rrd_local', 'PA0999', 2, 2, 0, 6, 0 )
4546       ENDIF
4547
4548       DO  l = 0, 3
4549          IF ( ANY( .NOT. surf_lsm_v(l)%pavement_surface  .AND.                &
4550                    surf_lsm_v(l)%lai == 0.0_wp  .AND.                         &
4551                    surf_lsm_v(l)%c_veg == 1.0_wp ) )  THEN
4552             message_string = 'For non-pavement surfaces the combination ' //  &
4553                              ' lai = 0.0 and c_veg = 1.0 is not allowed.'
4554             CALL message( 'lsm_rrd_local', 'PA0999', 2, 2, 0, 6, 0 )
4555          ENDIF
4556       ENDDO
4557!
4558!--    Check if roughness length for momentum, heat, or moisture exceed
4559!--    surface-layer height and decrease local roughness length where
4560!--    necessary.
4561       DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
4562          IF ( surf_lsm_h%z0(m) >= surf_lsm_h%z_mo(m) )  THEN
4563         
4564             surf_lsm_h%z0(m) = 0.9_wp * surf_lsm_h%z_mo(m)
4565             
4566             WRITE( message_string, * ) 'z0 exceeds surface-layer height ' //  &
4567                            'at horizontal natural surface and is ' //         &
4568                            'decreased appropriately at grid point (i,j) = ',  &
4569                            surf_lsm_h%i(m), surf_lsm_h%j(m)
4570             CALL message( 'land_surface_model_mod', 'PA0503',                 &
4571                            0, 0, 0, 6, 0 )
4572          ENDIF
4573          IF ( surf_lsm_h%z0h(m) >= surf_lsm_h%z_mo(m) )  THEN
4574         
4575             surf_lsm_h%z0h(m) = 0.9_wp * surf_lsm_h%z_mo(m)
4576             surf_lsm_h%z0q(m) = 0.9_wp * surf_lsm_h%z_mo(m)
4577             
4578             WRITE( message_string, * ) 'z0h exceeds surface-layer height ' // &
4579                            'at horizontal natural surface and is ' //         &
4580                            'decreased appropriately at grid point (i,j) = ',  &
4581                            surf_lsm_h%i(m), surf_lsm_h%j(m)
4582             CALL message( 'land_surface_model_mod', 'PA0507',                 &
4583                            0, 0, 0, 6, 0 )
4584          ENDIF
4585       ENDDO
4586       
4587       DO  l = 0, 3
4588          DO  m = 1, surf_lsm_v(l)%ns
4589             IF ( surf_lsm_v(l)%z0(m) >= surf_lsm_v(l)%z_mo(m) )  THEN
4590         
4591                surf_lsm_v(l)%z0(m) = 0.9_wp * surf_lsm_v(l)%z_mo(m)
4592             
4593                WRITE( message_string, * ) 'z0 exceeds surface-layer height '//&
4594                            'at vertical natural surface and is ' //           &
4595                            'decreased appropriately at grid point (i,j) = ',  &
4596                            surf_lsm_v(l)%i(m)+surf_lsm_v(l)%ioff,             &
4597                            surf_lsm_v(l)%j(m)+surf_lsm_v(l)%joff
4598                CALL message( 'land_surface_model_mod', 'PA0503',              &
4599                            0, 0, 0, 6, 0 )
4600             ENDIF
4601             IF ( surf_lsm_v(l)%z0h(m) >= surf_lsm_v(l)%z_mo(m) )  THEN
4602         
4603                surf_lsm_v(l)%z0h(m) = 0.9_wp * surf_lsm_v(l)%z_mo(m)
4604                surf_lsm_v(l)%z0q(m) = 0.9_wp * surf_lsm_v(l)%z_mo(m)
4605             
4606                WRITE( message_string, * ) 'z0h exceeds surface-layer height '//&
4607                            'at vertical natural surface and is ' //           &
4608                            'decreased appropriately at grid point (i,j) = ',  &
4609                            surf_lsm_v(l)%i(m)+surf_lsm_v(l)%ioff,             &
4610                            surf_lsm_v(l)%j(m)+surf_lsm_v(l)%joff
4611                CALL message( 'land_surface_model_mod', 'PA0507',              &
4612                            0, 0, 0, 6, 0 )
4613             ENDIF
4614          ENDDO
4615       ENDDO     
4616
4617    END SUBROUTINE lsm_init
4618
4619
4620!------------------------------------------------------------------------------!
4621! Description:
4622! ------------
4623!> Allocate land surface model arrays and define pointers
4624!------------------------------------------------------------------------------!
4625    SUBROUTINE lsm_init_arrays
4626   
4627
4628       IMPLICIT NONE
4629
4630       INTEGER(iwp) ::  l !< index indicating facing of surface array
4631   
4632       ALLOCATE ( root_extr(nzb_soil:nzt_soil) )
4633       root_extr = 0.0_wp 
4634       
4635!
4636!--    Allocate surface and soil temperature / humidity. Please note,
4637!--    these arrays are allocated according to surface-data structure,
4638!--    even if they do not belong to the data type due to the
4639!--    pointer arithmetric (TARGET attribute is not allowed in a data-type).
4640#if defined( __nopointer )
4641!
4642!--    Horizontal surfaces
4643       ALLOCATE ( m_liq_h_p%var_1d(1:surf_lsm_h%ns)                      )
4644       ALLOCATE ( t_surface_h%var_1d(1:surf_lsm_h%ns)                    )
4645       ALLOCATE ( t_surface_h_p%var_1d(1:surf_lsm_h%ns)                  )
4646       ALLOCATE ( m_soil_h_p%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)   )
4647       ALLOCATE ( t_soil_h_p%var_2d(nzb_soil:nzt_soil+1,1:surf_lsm_h%ns) )
4648
4649!
4650!--    Vertical surfaces
4651       DO  l = 0, 3
4652          ALLOCATE ( m_liq_v(l)%var_1d(1:surf_lsm_v(l)%ns)                        )
4653          ALLOCATE ( m_liq_v_p(l)%var_1d(1:surf_lsm_v(l)%ns)                      )
4654          ALLOCATE ( t_surface_v(l)%var_1d(1:surf_lsm_v(l)%ns)                    )
4655          ALLOCATE ( t_surface_v_p(l)%var_1d(1:surf_lsm_v(l)%ns)                  )
4656          ALLOCATE ( m_soil_v(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)     )
4657          ALLOCATE ( m_soil_v_p(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)   )
4658          ALLOCATE ( t_soil_v(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil+1,1:surf_lsm_v(l)%ns)   )
4659          ALLOCATE ( t_soil_v_p(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil+1,1:surf_lsm_v(l)%ns) )
4660       ENDDO
4661!
4662!--    Allocate soil temperature and moisture. As these variables might be
4663!--    already allocated in case of restarts, check this.
4664       IF ( .NOT. ALLOCATED( m_liq_h%var_1d ) )                                &
4665          ALLOCATE ( m_liq_h%var_1d(1:surf_lsm_h%ns) )
4666       IF ( .NOT. ALLOCATED( m_soil_h%var_2d ) )                               &
4667          ALLOCATE ( m_soil_h%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns) )
4668       IF ( .NOT. ALLOCATED( t_soil_h%var_2d ) )                               &
4669          ALLOCATE ( t_soil_h%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns) )
4670
4671       DO  l = 0, 3
4672          IF ( .NOT. ALLOCATED( m_liq_v(l)%var_1d ) )                          &
4673             ALLOCATE ( m_liq_v(l)%var_1d(1:surf_lsm_v(l)%ns) )
4674          IF ( .NOT. ALLOCATED( m_soil_v(l)%var_2d ) )                         &
4675             ALLOCATE ( m_soil_v(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns) )
4676          IF ( .NOT. ALLOCATED( t_soil_v(l)%var_2d ) )                         &
4677             ALLOCATE ( t_soil_v(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns) )
4678       ENDDO
4679#else
4680!
4681!--    Horizontal surfaces
4682       ALLOCATE ( m_liq_h_1%var_1d(1:surf_lsm_h%ns)                      )
4683       ALLOCATE ( m_liq_h_2%var_1d(1:surf_lsm_h%ns)                      )
4684       ALLOCATE ( t_surface_h_1%var_1d(1:surf_lsm_h%ns)                  )
4685       ALLOCATE ( t_surface_h_2%var_1d(1:surf_lsm_h%ns)                  )
4686       ALLOCATE ( m_soil_h_1%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)   )
4687       ALLOCATE ( m_soil_h_2%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)   )
4688       ALLOCATE ( t_soil_h_1%var_2d(nzb_soil:nzt_soil+1,1:surf_lsm_h%ns) )
4689       ALLOCATE ( t_soil_h_2%var_2d(nzb_soil:nzt_soil+1,1:surf_lsm_h%ns) )
4690!
4691!--    Vertical surfaces
4692       DO  l = 0, 3
4693          ALLOCATE ( m_liq_v_1(l)%var_1d(1:surf_lsm_v(l)%ns)                      )
4694          ALLOCATE ( m_liq_v_2(l)%var_1d(1:surf_lsm_v(l)%ns)                      )
4695          ALLOCATE ( t_surface_v_1(l)%var_1d(1:surf_lsm_v(l)%ns)                  )
4696          ALLOCATE ( t_surface_v_2(l)%var_1d(1:surf_lsm_v(l)%ns)                  )
4697          ALLOCATE ( m_soil_v_1(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)   )
4698          ALLOCATE ( m_soil_v_2(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_v(l)%ns)   )
4699          ALLOCATE ( t_soil_v_1(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil+1,1:surf_lsm_v(l)%ns) )
4700          ALLOCATE ( t_soil_v_2(l)%var_2d(nzb_soil:nzt_soil+1,1:surf_lsm_v(l)%ns) )
4701       ENDDO
4702#endif
4703!
4704!--    Allocate array for heat flux in W/m2, required for radiation?
4705!--    Consider to remove this array
4706       ALLOCATE( surf_lsm_h%surfhf(1:surf_lsm_h%ns) )
4707       DO  l = 0, 3
4708          ALLOCATE( surf_lsm_v(l)%surfhf(1:surf_lsm_v(l)%ns) )
4709       ENDDO
4710
4711
4712!
4713!--    Allocate intermediate timestep arrays
4714!--    Horizontal surfaces
4715       ALLOCATE ( tm_liq_h_m%var_1d(1:surf_lsm_h%ns)                     )
4716       ALLOCATE ( tt_surface_h_m%var_1d(1:surf_lsm_h%ns)                 )
4717       ALLOCATE ( tm_soil_h_m%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)  )
4718       ALLOCATE ( tt_soil_h_m%var_2d(nzb_soil:nzt_soil,1:surf_lsm_h%ns)  ) 
4719!
4720!--    Horizontal surfaces
4721       DO  l =