source: palm/trunk/SOURCE/surface_mod.f90 @ 2575

Last change on this file since 2575 was 2575, checked in by maronga, 4 years ago

bugfix in radiation model and improvements in land surface scheme

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 162.2 KB
Line 
1!> @file surface_mod.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
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 1997-2017 Leibniz Universitaet Hannover
18!
19!------------------------------------------------------------------------------!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: surface_mod.f90 2575 2017-10-24 09:57:58Z maronga $
27! Pavement parameterization revised
28!
29! 2547 2017-10-16 12:41:56Z schwenkel
30! extended by cloud_droplets option
31!
32! 2508 2017-10-02 08:57:09Z suehring
33! Minor formatting adjustment
34!
35! 2478 2017-09-18 13:37:24Z suehring
36! Bugfixes in initializing model top
37!
38! 2378 2017-08-31 13:57:27Z suehring
39! Bugfix in write restart data
40!
41! 2339 2017-08-07 13:55:26Z gronemeier
42! corrected timestamp in header
43!
44! 2338 2017-08-07 12:15:38Z gronemeier
45! Modularize 1D model
46!
47! 2318 2017-07-20 17:27:44Z suehring
48! New function to obtain topography top index.
49!
50! 2317 2017-07-20 17:27:19Z suehring
51! Implementation of new microphysic scheme: cloud_scheme = 'morrison'
52! includes two more prognostic equations for cloud drop concentration (nc) 
53! and cloud water content (qc).
54!
55! 2270 2017-06-09 12:18:47Z maronga
56! Parameters removed/added due to changes in the LSM
57!
58! 2269 2017-06-09 11:57:32Z suehring
59! Formatting and description adjustments
60!
61! 2256 2017-06-07 13:58:08Z suehring
62! Enable heating at downward-facing surfaces
63!
64! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
65! Initial revision
66!
67!
68! Description:
69! ------------
70!> Surface module defines derived data structures to treat surface-
71!> bounded grid cells. Three different types of surfaces are defined:
72!> default surfaces, natural surfaces, and urban surfaces. The module
73!> encompasses the allocation and initialization of surface arrays, and handles
74!> reading and writing restart data.
75!> In addition, a further derived data structure is defined, in order to set
76!> boundary conditions at surfaces. 
77!------------------------------------------------------------------------------!
78 MODULE surface_mod
79
80    USE arrays_3d,                                                             &
81        ONLY:  zu, zw, heatflux_input_conversion, waterflux_input_conversion,  &
82               momentumflux_input_conversion
83
84    USE control_parameters               
85
86    USE indices,                                                               &
87        ONLY:  nxl, nxlg, nxr, nxrg, nys, nysg, nyn, nyng, nzb, nzt, wall_flags_0
88
89    USE grid_variables,                                                        &
90        ONLY:  dx, dy
91
92    USE kinds
93
94    USE model_1d_mod,                                                          &
95        ONLY:  rif1d, us1d, usws1d, vsws1d
96
97
98    IMPLICIT NONE
99
100!
101!-- Data type used to identify grid-points where horizontal boundary conditions
102!-- are applied
103    TYPE bc_type
104
105       INTEGER(iwp) :: ns                                  !< number of surface elements on the PE
106
107       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  i       !< x-index linking to the PALM 3D-grid 
108       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  j       !< y-index linking to the PALM 3D-grid   
109       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k       !< z-index linking to the PALM 3D-grid   
110
111       INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: start_index !< start index within surface data type for given (j,i)
112       INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: end_index   !< end index within surface data type for given (j,i) 
113
114    END TYPE bc_type
115!
116!-- Data type used to identify and treat surface-bounded grid points 
117    TYPE surf_type
118
119       INTEGER(iwp) :: ns                                  !< number of surface elements on the PE
120       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  i       !< x-index linking to the PALM 3D-grid 
121       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  j       !< y-index linking to the PALM 3D-grid   
122       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k       !< z-index linking to the PALM 3D-grid       
123
124       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  facing  !< Bit indicating surface orientation
125     
126       INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: start_index !< Start index within surface data type for given (j,i)
127       INTEGER(iwp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: end_index   !< End index within surface data type for given (j,i) 
128
129       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  z_mo      !< surface-layer height
130       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  uvw_abs   !< absolute surface-parallel velocity
131       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  us        !< friction velocity
132       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ts        !< scaling parameter temerature
133       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  qs        !< scaling parameter humidity
134       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ss        !< scaling parameter passive scalar
135       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  qcs       !< scaling parameter qc
136       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ncs       !< scaling parameter nc
137       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  qrs       !< scaling parameter qr
138       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nrs       !< scaling parameter nr
139
140       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ol        !< Obukhov length
141       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  rib       !< Richardson bulk number
142
143       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  z0        !< roughness length for momentum
144       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  z0h       !< roughness length for heat
145       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  z0q       !< roughness length for humidity
146
147       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  pt1       !< Specific humidity at first grid level (required for cloud_physics = .T. or cloud_droplets = .T.)
148       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  qv1       !< Potential temperature at first grid level (required for cloud_physics = .T. or cloud_droplets = .T.)
149!
150!--    Define arrays for surface fluxes
151       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  usws      !< vertical momentum flux for u-component at horizontal surfaces
152       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vsws      !< vertical momentum flux for v-component at horizontal surfaces
153
154       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  shf       !< surface flux sensible heat
155       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  qsws      !< surface flux latent heat
156       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ssws      !< surface flux passive scalar
157       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  qcsws     !< surface flux qc
158       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ncsws     !< surface flux nc
159       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  qrsws     !< surface flux qr
160       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  nrsws     !< surface flux nr
161       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  sasws     !< surface flux salinity
162!
163!--    Required for horizontal walls in production_e
164       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  u_0       !< virtual velocity component (see production_e_init for further explanation)
165       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  v_0       !< virtual velocity component (see production_e_init for further explanation)
166
167       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  mom_flux_uv  !< momentum flux usvs and vsus at vertical surfaces (used in diffusion_u and diffusion_v)
168       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  mom_flux_w   !< momentum flux wsus and wsvs at vertical surfaces (used in diffusion_w)
169       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  mom_flux_tke !< momentum flux usvs, vsus, wsus, wsvs at vertical surfaces at grid center (used in production_e)
170!
171!--    Variables required for LSM as well as for USM
172       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  pt_surface        !< skin-surface temperature
173       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  rad_net_l         !< net radiation
174       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  lambda_h          !< heat conductivity of soil (W/m/K)
175       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  lambda_h_def      !< default heat conductivity of soil (W/m/K)   
176       
177       LOGICAL, DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  building_surface    !< flag parameter indicating that the surface element is covered by buildings (no LSM actions, not implemented yet)
178       LOGICAL, DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  pavement_surface    !< flag parameter for pavements
179       LOGICAL, DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  water_surface       !< flag parameter for water surfaces
180       LOGICAL, DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  vegetation_surface     !< flag parameter for natural land surfaces
181
182       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  c_liq               !< liquid water coverage (of vegetated area)
183       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  c_veg               !< vegetation coverage
184       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  f_sw_in             !< fraction of absorbed shortwave radiation by the surface layer (not implemented yet)
185       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ghf              !< ground heat flux
186       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  g_d                 !< coefficient for dependence of r_canopy on water vapour pressure deficit
187       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  lai                 !< leaf area index
188       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  lambda_surface_u    !< coupling between surface and soil (depends on vegetation type) (W/m2/K)
189       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  lambda_surface_s    !< coupling between surface and soil (depends on vegetation type) (W/m2/K)
190       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  qsws_liq         !< surface flux of latent heat (liquid water portion)
191       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  qsws_soil        !< surface flux of latent heat (soil portion)
192       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  qsws_veg         !< surface flux of latent heat (vegetation portion)
193       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  r_a                 !< aerodynamic resistance
194       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  r_canopy            !< canopy resistance
195       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  r_soil              !< soil resistance
196       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  r_soil_min          !< minimum soil resistance
197       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  r_s                 !< total surface resistance (combination of r_soil and r_canopy)
198       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  r_canopy_min        !< minimum canopy (stomatal) resistance
199
200       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  alpha_vg          !< coef. of Van Genuchten
201       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  lambda_w          !< hydraulic diffusivity of soil (?)
202       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  gamma_w           !< hydraulic conductivity of soil (W/m/K)
203       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  gamma_w_sat       !< hydraulic conductivity at saturation
204       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  l_vg              !< coef. of Van Genuchten
205       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  m_fc              !< soil moisture at field capacity (m3/m3)
206       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  m_res             !< residual soil moisture
207       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  m_sat             !< saturation soil moisture (m3/m3)
208       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  m_wilt            !< soil moisture at permanent wilting point (m3/m3)
209       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  n_vg              !< coef. Van Genuchten 
210       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  rho_c_total_def   !< default volumetric heat capacity of the (soil) layer (J/m3/K)
211       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  rho_c_total       !< volumetric heat capacity of the actual soil matrix (J/m3/K)
212       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  root_fr           !< root fraction within the soil layers
213!
214!--    Urban surface variables
215       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surface_types   !< array of types of wall parameters
216
217       LOGICAL, DIMENSION(:), ALLOCATABLE  ::  isroof_surf         !< flag indication roof surfaces
218
219       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  albedo_surf         !< albedo of the surface
220       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  c_surface           !< heat capacity of the wall surface skin (J/m2/K)
221       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  emiss_surf          !< emissivity of the wall surface
222       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  lambda_surf         !< heat conductivity between air and surface (W/m2/K)
223       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  roughness_wall      !< roughness relative to concrete
224       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  thickness_wall      !< thickness of the wall, roof and soil layers
225
226       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfoutsl           !< reflected shortwave radiation for local surface in i-th reflection
227       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfoutll           !< reflected + emitted longwave radiation for local surface in i-th reflection
228       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfhf              !< total radiation flux incoming to minus outgoing from local surface
229
230       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  tt_surface_m        !< surface temperature tendency (K)
231       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  wshf                !< kinematic wall heat flux of sensible heat (actually no longer needed)
232       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  wshf_eb             !< wall heat flux of sensible heat in wall normal direction
233
234
235       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  wghf_eb             !< wall ground heat flux
236
237       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  rad_in_sw           !< incoming shortwave radiation
238       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  rad_out_sw          !< emitted shortwave radiation
239       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  rad_in_lw           !< incoming longwave radiation
240       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  rad_out_lw          !< emitted longwave radiation
241
242       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfinsw            !< shortwave radiation falling to local surface including radiation from reflections
243       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfoutsw           !< total shortwave radiation outgoing from nonvirtual surfaces surfaces after all reflection
244       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfinlw            !< longwave radiation falling to local surface including radiation from reflections
245       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfoutlw           !< total longwave radiation outgoing from nonvirtual surfaces surfaces after all reflection
246
247
248       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  rho_c_wall        !< volumetric heat capacity of the material ( J m-3 K-1 ) (= 2.19E6)
249       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  dz_wall           !< wall grid spacing (center-center)
250       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ddz_wall          !< 1/dz_wall
251       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  dz_wall_stag      !< wall grid spacing (edge-edge)
252       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ddz_wall_stag     !< 1/dz_wall_stag
253       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  tt_wall_m         !< t_wall prognostic array
254       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  zw                !< wall layer depths (m)
255
256
257!-- arrays for time averages
258       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  rad_net_av       !< average of rad_net_l
259       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfinsw_av      !< average of sw radiation falling to local surface including radiation from reflections
260       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfinlw_av      !< average of lw radiation falling to local surface including radiation from reflections
261       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfinswdir_av   !< average of direct sw radiation falling to local surface
262       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfinswdif_av   !< average of diffuse sw radiation from sky and model boundary falling to local surface
263       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfinlwdif_av   !< average of diffuse lw radiation from sky and model boundary falling to local surface
264       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfinswref_av   !< average of sw radiation falling to surface from reflections
265       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfinlwref_av   !< average of lw radiation falling to surface from reflections
266       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfoutsw_av     !< average of total sw radiation outgoing from nonvirtual surfaces surfaces after all reflection
267       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfoutlw_av     !< average of total lw radiation outgoing from nonvirtual surfaces surfaces after all reflection
268       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfins_av       !< average of array of residua of sw radiation absorbed in surface after last reflection
269       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfinl_av       !< average of array of residua of lw radiation absorbed in surface after last reflection
270       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  surfhf_av        !< average of total radiation flux incoming to minus outgoing from local surface 
271       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  wghf_eb_av       !< average of wghf_eb
272       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  wshf_eb_av       !< average of wshf_eb
273       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  t_surf_av        !< average of wall surface temperature (K)
274
275       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  t_wall_av      !< Average of t_wall
276
277    END TYPE surf_type
278
279    TYPE (bc_type), DIMENSION(0:1)           ::  bc_h        !< boundary condition data type, horizontal upward- and downward facing surfaces
280
281    TYPE (surf_type), DIMENSION(0:2), TARGET ::  surf_def_h  !< horizontal default surfaces (Up, Down, and Top)
282    TYPE (surf_type), DIMENSION(0:3), TARGET ::  surf_def_v  !< vertical default surfaces (North, South, West, East)
283    TYPE (surf_type)                , TARGET ::  surf_lsm_h  !< horizontal natural land surfaces, so far only upward-facing
284    TYPE (surf_type), DIMENSION(0:3), TARGET ::  surf_lsm_v  !< vertical land surfaces (North, South, West, East)
285    TYPE (surf_type)                , TARGET ::  surf_usm_h  !< horizontal urban surfaces, so far only upward-facing
286    TYPE (surf_type), DIMENSION(0:3), TARGET ::  surf_usm_v  !< vertical urban surfaces (North, South, West, East)
287
288    INTEGER(iwp) ::  ns_h_on_file(0:2)                       !< total number of horizontal surfaces with the same facing, required for writing restart data
289    INTEGER(iwp) ::  ns_v_on_file(0:3)                       !< total number of vertical surfaces with the same facing, required for writing restart data
290
291
292    SAVE
293
294    PRIVATE
295
296    INTERFACE get_topography_top_index
297       MODULE PROCEDURE get_topography_top_index
298    END  INTERFACE get_topography_top_index
299
300    INTERFACE init_bc
301       MODULE PROCEDURE init_bc
302    END INTERFACE init_bc
303
304    INTERFACE init_surfaces
305       MODULE PROCEDURE init_surfaces
306    END INTERFACE init_surfaces
307
308    INTERFACE init_surface_arrays
309       MODULE PROCEDURE init_surface_arrays
310    END INTERFACE init_surface_arrays
311
312    INTERFACE surface_read_restart_data
313       MODULE PROCEDURE surface_read_restart_data
314    END INTERFACE surface_read_restart_data
315
316    INTERFACE surface_write_restart_data
317       MODULE PROCEDURE surface_write_restart_data
318    END INTERFACE surface_write_restart_data
319
320    INTERFACE surface_last_actions
321       MODULE PROCEDURE surface_last_actions
322    END INTERFACE surface_last_actions
323
324!
325!-- Public variables
326    PUBLIC bc_h, ns_h_on_file, ns_v_on_file, surf_def_h, surf_def_v,           &
327           surf_lsm_h, surf_lsm_v, surf_usm_h, surf_usm_v, surf_type
328!
329!-- Public subroutines and functions
330    PUBLIC get_topography_top_index, init_bc, init_surfaces,                   &
331           init_surface_arrays, surface_read_restart_data,                     &
332           surface_write_restart_data, surface_last_actions
333
334
335 CONTAINS
336
337!------------------------------------------------------------------------------!
338! Description:
339! ------------
340!> Initialize data type for setting boundary conditions at horizontal surfaces.
341!------------------------------------------------------------------------------!
342    SUBROUTINE init_bc
343
344       IMPLICIT NONE
345
346       INTEGER(iwp) ::  i         !<
347       INTEGER(iwp) ::  j         !<
348       INTEGER(iwp) ::  k         !<
349
350       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:1) ::  num_h         !<
351       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:1) ::  num_h_kji     !<
352       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:1) ::  start_index_h !<
353
354!
355!--    First of all, count the number of upward- and downward-facing surfaces
356       num_h = 0
357       DO  i = nxlg, nxrg
358          DO  j = nysg, nyng
359             DO  k = nzb+1, nzt
360!
361!--             Check if current gridpoint belongs to the atmosphere
362                IF ( BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )  THEN
363!
364!--                Upward-facing
365                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k-1,j,i), 0 ) )              &
366                      num_h(0) = num_h(0) + 1
367!
368!--                Downward-facing
369                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k+1,j,i), 0 ) )              &
370                      num_h(1) = num_h(1) + 1
371                ENDIF
372             ENDDO
373          ENDDO
374       ENDDO
375!
376!--    Save the number of surface elements
377       bc_h(0)%ns = num_h(0)
378       bc_h(1)%ns = num_h(1)
379!
380!--    ALLOCATE data type variables
381!--    Upward facing
382       ALLOCATE( bc_h(0)%i(1:bc_h(0)%ns) )
383       ALLOCATE( bc_h(0)%j(1:bc_h(0)%ns) )
384       ALLOCATE( bc_h(0)%k(1:bc_h(0)%ns) )
385       ALLOCATE( bc_h(0)%start_index(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
386       ALLOCATE( bc_h(0)%end_index(nysg:nyng,nxlg:nxrg)   )
387       bc_h(0)%start_index = 1
388       bc_h(0)%end_index   = 0
389!
390!--    Downward facing
391       ALLOCATE( bc_h(1)%i(1:bc_h(1)%ns) )
392       ALLOCATE( bc_h(1)%j(1:bc_h(1)%ns) )
393       ALLOCATE( bc_h(1)%k(1:bc_h(1)%ns) )
394       ALLOCATE( bc_h(1)%start_index(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
395       ALLOCATE( bc_h(1)%end_index(nysg:nyng,nxlg:nxrg)   )
396       bc_h(1)%start_index = 1
397       bc_h(1)%end_index   = 0
398!
399!--    Store the respective indices on data type
400       num_h(0:1)         = 1
401       start_index_h(0:1) = 1
402       DO  i = nxlg, nxrg
403          DO  j = nysg, nyng
404
405             num_h_kji(0:1) = 0
406             DO  k = nzb+1, nzt
407!
408!--             Check if current gridpoint belongs to the atmosphere
409                IF ( BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )  THEN
410!
411!--                Upward-facing
412                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k-1,j,i), 0 ) )  THEN
413                      bc_h(0)%i(num_h(0)) = i
414                      bc_h(0)%j(num_h(0)) = j
415                      bc_h(0)%k(num_h(0)) = k
416                      num_h_kji(0)        = num_h_kji(0) + 1
417                      num_h(0)            = num_h(0) + 1
418                   ENDIF
419!
420!--                Downward-facing
421                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k+1,j,i), 0 ) )  THEN
422                      bc_h(1)%i(num_h(1)) = i
423                      bc_h(1)%j(num_h(1)) = j
424                      bc_h(1)%k(num_h(1)) = k
425                      num_h_kji(1)        = num_h_kji(1) + 1
426                      num_h(1)            = num_h(1) + 1
427                   ENDIF
428                ENDIF
429             ENDDO
430             bc_h(0)%start_index(j,i) = start_index_h(0)
431             bc_h(0)%end_index(j,i)   = bc_h(0)%start_index(j,i) + num_h_kji(0) - 1
432             start_index_h(0)         = bc_h(0)%end_index(j,i) + 1
433
434             bc_h(1)%start_index(j,i) = start_index_h(1)
435             bc_h(1)%end_index(j,i)   = bc_h(1)%start_index(j,i) + num_h_kji(1) - 1
436             start_index_h(1)         = bc_h(1)%end_index(j,i) + 1
437          ENDDO
438       ENDDO
439
440
441    END SUBROUTINE init_bc
442
443
444!------------------------------------------------------------------------------!
445! Description:
446! ------------
447!> Initialize horizontal and vertical surfaces. Counts the number of default-,
448!> natural and urban surfaces and allocates memory, respectively.
449!------------------------------------------------------------------------------!
450    SUBROUTINE init_surface_arrays
451
452       IMPLICIT NONE
453
454       INTEGER(iwp)                 ::  i         !< running index x-direction
455       INTEGER(iwp)                 ::  j         !< running index y-direction
456       INTEGER(iwp)                 ::  k         !< running index z-direction
457       INTEGER(iwp)                 ::  l         !< index variable for surface facing
458       INTEGER(iwp)                 ::  num_lsm_h !< number of horizontally-aligned natural surfaces
459       INTEGER(iwp)                 ::  num_usm_h !< number of horizontally-aligned urban surfaces
460
461       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:2) ::  num_def_h !< number of horizontally-aligned default surfaces
462       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  num_def_v !< number of vertically-aligned default surfaces
463       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  num_lsm_v !< number of vertically-aligned natural surfaces
464       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  num_usm_v !< number of vertically-aligned urban surfaces
465
466
467       num_def_h = 0
468       num_def_v = 0
469       num_lsm_h = 0
470       num_lsm_v = 0
471       num_usm_h = 0
472       num_usm_v = 0
473!
474!--    Count number of horizontal surfaces on local domain
475       DO  i = nxl, nxr
476          DO  j = nys, nyn
477             DO  k = nzb+1, nzt
478!
479!--             Check if current gridpoint belongs to the atmosphere
480                IF ( BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )  THEN
481!
482!--                Check if grid point adjoins to any upward-facing horizontal
483!--                surface, e.g. the Earth surface, plane roofs, or ceilings.
484                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k-1,j,i), 0 ) )  THEN
485!
486!--                   Land-surface type
487                      IF ( land_surface )  THEN
488                         num_lsm_h    = num_lsm_h    + 1 
489!
490!--                   Urban surface tpye
491                      ELSEIF ( urban_surface )  THEN
492                         num_usm_h    = num_usm_h    + 1 
493!
494!--                   Default-surface type
495                      ELSE
496                         num_def_h(0) = num_def_h(0) + 1 
497                      ENDIF
498
499                   ENDIF
500!
501!--                Check for top-fluxes
502                   IF ( k == nzt  .AND.  use_top_fluxes )  THEN
503                      num_def_h(2) = num_def_h(2) + 1
504!
505!--                Check for any other downward-facing surface. So far only for
506!--                default surface type.
507                   ELSEIF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k+1,j,i), 0 ) )  THEN
508                      num_def_h(1) = num_def_h(1) + 1
509                   ENDIF
510
511                ENDIF
512             ENDDO
513          ENDDO
514       ENDDO
515!
516!--    Count number of vertical surfaces on local domain
517       DO  i = nxl, nxr
518          DO  j = nys, nyn
519             DO  k = nzb+1, nzt
520                IF ( BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )  THEN
521!
522!--                Northward-facing
523                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j-1,i), 0 ) )  THEN
524                      IF ( urban_surface )  THEN
525                         num_usm_v(0) = num_usm_v(0) + 1 
526                      ELSEIF ( land_surface )  THEN
527                         num_lsm_v(0) = num_lsm_v(0) + 1 
528                      ELSE
529                         num_def_v(0) = num_def_v(0) + 1 
530                      ENDIF
531                   ENDIF
532!
533!--                Southward-facing
534                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j+1,i), 0 ) )  THEN
535                      IF ( urban_surface )  THEN
536                         num_usm_v(1) = num_usm_v(1) + 1 
537                      ELSEIF ( land_surface )  THEN
538                         num_lsm_v(1) = num_lsm_v(1) + 1 
539                      ELSE
540                         num_def_v(1) = num_def_v(1) + 1 
541                      ENDIF
542                   ENDIF
543!
544!--                Eastward-facing
545                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j,i-1), 0 ) )  THEN
546                      IF ( urban_surface )  THEN
547                         num_usm_v(2) = num_usm_v(2) + 1 
548                      ELSEIF ( land_surface )  THEN
549                         num_lsm_v(2) = num_lsm_v(2) + 1 
550                      ELSE
551                         num_def_v(2) = num_def_v(2) + 1 
552                      ENDIF
553                   ENDIF
554!
555!--                Westward-facing
556                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j,i+1), 0 ) )  THEN
557                      IF ( urban_surface )  THEN
558                         num_usm_v(3) = num_usm_v(3) + 1
559                      ELSEIF ( land_surface )  THEN
560                         num_lsm_v(3) = num_lsm_v(3) + 1 
561                      ELSE
562                         num_def_v(3) = num_def_v(3) + 1 
563                      ENDIF
564                   ENDIF
565                ENDIF
566             ENDDO
567          ENDDO
568       ENDDO
569
570!
571!--    Store number of surfaces per core.
572!--    Horizontal surface, default type, upward facing
573       surf_def_h(0)%ns = num_def_h(0)
574!
575!--    Horizontal surface, default type, downward facing
576       surf_def_h(1)%ns = num_def_h(1)
577!
578!--    Horizontal surface, default type, top downward facing
579       surf_def_h(2)%ns = num_def_h(2)
580!
581!--    Horizontal surface, natural type, so far only upward-facing
582       surf_lsm_h%ns    = num_lsm_h 
583!
584!--    Horizontal surface, urban type, so far only upward-facing
585       surf_usm_h%ns    = num_usm_h   
586!
587!--    Vertical surface, default type, northward facing
588       surf_def_v(0)%ns = num_def_v(0)
589!
590!--    Vertical surface, default type, southward facing
591       surf_def_v(1)%ns = num_def_v(1)
592!
593!--    Vertical surface, default type, eastward facing
594       surf_def_v(2)%ns = num_def_v(2)
595!
596!--    Vertical surface, default type, westward facing
597       surf_def_v(3)%ns = num_def_v(3)
598!
599!--    Vertical surface, natural type, northward facing
600       surf_lsm_v(0)%ns = num_lsm_v(0)
601!
602!--    Vertical surface, natural type, southward facing
603       surf_lsm_v(1)%ns = num_lsm_v(1)
604!
605!--    Vertical surface, natural type, eastward facing
606       surf_lsm_v(2)%ns = num_lsm_v(2)
607!
608!--    Vertical surface, natural type, westward facing
609       surf_lsm_v(3)%ns = num_lsm_v(3)
610!
611!--    Vertical surface, urban type, northward facing
612       surf_usm_v(0)%ns = num_usm_v(0)
613!
614!--    Vertical surface, urban type, southward facing
615       surf_usm_v(1)%ns = num_usm_v(1)
616!
617!--    Vertical surface, urban type, eastward facing
618       surf_usm_v(2)%ns = num_usm_v(2)
619!
620!--    Vertical surface, urban type, westward facing
621       surf_usm_v(3)%ns = num_usm_v(3)
622!
623!--    Allocate required attributes for horizontal surfaces - default type.
624!--    Upward-facing (l=0) and downward-facing (l=1).
625       DO  l = 0, 1
626          CALL allocate_surface_attributes_h ( surf_def_h(l), nys, nyn, nxl, nxr )
627       ENDDO
628!
629!--    Allocate required attributes for model top
630       CALL allocate_surface_attributes_h_top ( surf_def_h(2), nys, nyn, nxl, nxr )
631!
632!--    Allocate required attributes for horizontal surfaces - natural type.
633       CALL allocate_surface_attributes_h ( surf_lsm_h, nys, nyn, nxl, nxr )
634!
635!--    Allocate required attributes for horizontal surfaces - urban type.
636       CALL allocate_surface_attributes_h ( surf_usm_h, nys, nyn, nxl, nxr )
637
638!
639!--    Allocate required attributes for vertical surfaces.
640!--    Northward-facing (l=0), southward-facing (l=1), eastward-facing (l=2)
641!--    and westward-facing (l=3).
642!--    Default type.
643       DO  l = 0, 3
644          CALL allocate_surface_attributes_v ( surf_def_v(l), .FALSE.,         &
645                                               nys, nyn, nxl, nxr )
646       ENDDO
647!
648!--    Natural type
649       DO  l = 0, 3
650          CALL allocate_surface_attributes_v ( surf_lsm_v(l), .TRUE.,          &
651                                               nys, nyn, nxl, nxr )
652       ENDDO
653!
654!--    Urban type
655       DO  l = 0, 3
656          CALL allocate_surface_attributes_v ( surf_usm_v(l), .FALSE.,         &
657                                               nys, nyn, nxl, nxr )
658       ENDDO
659
660    END SUBROUTINE init_surface_arrays
661
662!------------------------------------------------------------------------------!
663! Description:
664! ------------
665!> Allocating memory for upward and downward-facing horizontal surface types,
666!> except for top fluxes.
667!------------------------------------------------------------------------------!
668    SUBROUTINE allocate_surface_attributes_h( surfaces,                        &
669                                              nys_l, nyn_l, nxl_l, nxr_l )
670
671       IMPLICIT NONE
672
673       INTEGER(iwp) ::  nyn_l  !< north bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
674       INTEGER(iwp) ::  nys_l  !< south bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
675       INTEGER(iwp) ::  nxl_l  !< west bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
676       INTEGER(iwp) ::  nxr_l  !< east bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
677
678       TYPE(surf_type) ::  surfaces  !< respective surface type
679
680!
681!--    Allocate arrays for start and end index of horizontal surface type
682!--    for each (j,i)-grid point. This is required e.g. in diffion_x, which is
683!--    called for each (j,i). In order to find the location where the
684!--    respective flux is store within the surface-type, start- and end-
685!--    index are stored for each (j,i). For example, each (j,i) can have
686!--    several entries where fluxes for horizontal surfaces might be stored,
687!--    e.g. for overhanging structures where several upward-facing surfaces
688!--    might exist for given (j,i).
689!--    If no surface of respective type exist at current (j,i), set indicies
690!--    such that loop in diffusion routines will not be entered.
691       ALLOCATE ( surfaces%start_index(nys_l:nyn_l,nxl_l:nxr_l) )
692       ALLOCATE ( surfaces%end_index(nys_l:nyn_l,nxl_l:nxr_l)   )
693       surfaces%start_index = 0
694       surfaces%end_index   = -1
695!
696!--    Indices to locate surface element
697       ALLOCATE ( surfaces%i(1:surfaces%ns)  )
698       ALLOCATE ( surfaces%j(1:surfaces%ns)  )
699       ALLOCATE ( surfaces%k(1:surfaces%ns)  )
700!
701!--    Surface-layer height
702       ALLOCATE ( surfaces%z_mo(1:surfaces%ns) )
703!
704!--    Surface orientation
705       ALLOCATE ( surfaces%facing(1:surfaces%ns) )
706!
707!--    Surface-parallel wind velocity
708       ALLOCATE ( surfaces%uvw_abs(1:surfaces%ns) )
709!      ALLOCATE ( surfaces%pt_surface(1:surfaces%ns) )
710!
711!--    Roughness
712       ALLOCATE ( surfaces%z0(1:surfaces%ns)  )
713       ALLOCATE ( surfaces%z0h(1:surfaces%ns) )
714       ALLOCATE ( surfaces%z0q(1:surfaces%ns) )
715!
716!--    Friction velocity
717       ALLOCATE ( surfaces%us(1:surfaces%ns) )
718!
719!--    Stability parameter
720       ALLOCATE ( surfaces%ol(1:surfaces%ns) )
721!
722!--    Bulk Richardson number
723       ALLOCATE ( surfaces%rib(1:surfaces%ns) )
724!
725!--    Vertical momentum fluxes of u and v
726       ALLOCATE ( surfaces%usws(1:surfaces%ns) ) 
727       ALLOCATE ( surfaces%vsws(1:surfaces%ns) ) 
728!
729!--    Required in production_e
730       IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN   
731          ALLOCATE ( surfaces%u_0(1:surfaces%ns) ) 
732          ALLOCATE ( surfaces%v_0(1:surfaces%ns) )
733       ENDIF
734!
735!--    Characteristic temperature and surface flux of sensible heat
736       ALLOCATE ( surfaces%ts(1:surfaces%ns)  )   
737       ALLOCATE ( surfaces%shf(1:surfaces%ns) )   
738!
739!--    Characteristic humidity and surface flux of latent heat
740       IF ( humidity )  THEN
741          ALLOCATE ( surfaces%qs(1:surfaces%ns)   ) 
742          ALLOCATE ( surfaces%qsws(1:surfaces%ns) )     
743       ENDIF
744!
745!--    Characteristic scalar and surface flux of scalar
746       IF ( passive_scalar )  THEN
747          ALLOCATE ( surfaces%ss(1:surfaces%ns)   )   
748          ALLOCATE ( surfaces%ssws(1:surfaces%ns) ) 
749       ENDIF
750!
751!--    When cloud physics is used, arrays for storing potential temperature and
752!--    specific humidity at first grid level are required.
753       IF ( cloud_physics  .OR.  cloud_droplets )  THEN
754          ALLOCATE ( surfaces%pt1(1:surfaces%ns) )
755          ALLOCATE ( surfaces%qv1(1:surfaces%ns) )
756       ENDIF
757!
758!--       
759       IF ( cloud_physics .AND. microphysics_morrison)  THEN
760          ALLOCATE ( surfaces%qcs(1:surfaces%ns)   )
761          ALLOCATE ( surfaces%ncs(1:surfaces%ns)   )
762          ALLOCATE ( surfaces%qcsws(1:surfaces%ns) )
763          ALLOCATE ( surfaces%ncsws(1:surfaces%ns) )
764       ENDIF
765!
766!--       
767       IF ( cloud_physics .AND. microphysics_seifert)  THEN
768          ALLOCATE ( surfaces%qrs(1:surfaces%ns)   )
769          ALLOCATE ( surfaces%nrs(1:surfaces%ns)   )
770          ALLOCATE ( surfaces%qrsws(1:surfaces%ns) )
771          ALLOCATE ( surfaces%nrsws(1:surfaces%ns) )
772       ENDIF
773!
774!--    Salinity surface flux
775       IF ( ocean )  ALLOCATE ( surfaces%sasws(1:surfaces%ns) )
776
777    END SUBROUTINE allocate_surface_attributes_h
778
779
780!------------------------------------------------------------------------------!
781! Description:
782! ------------
783!> Allocating memory for model-top fluxes 
784!------------------------------------------------------------------------------!
785    SUBROUTINE allocate_surface_attributes_h_top( surfaces,                    &
786                                                  nys_l, nyn_l, nxl_l, nxr_l )
787
788       IMPLICIT NONE
789
790       INTEGER(iwp) ::  nyn_l  !< north bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
791       INTEGER(iwp) ::  nys_l  !< south bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
792       INTEGER(iwp) ::  nxl_l  !< west bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
793       INTEGER(iwp) ::  nxr_l  !< east bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
794
795       TYPE(surf_type) ::  surfaces !< respective surface type
796
797       ALLOCATE ( surfaces%start_index(nys_l:nyn_l,nxl_l:nxr_l) )
798       ALLOCATE ( surfaces%end_index(nys_l:nyn_l,nxl_l:nxr_l)   )
799       surfaces%start_index = 0
800       surfaces%end_index   = -1
801!
802!--    Indices to locate surface (model-top) element
803       ALLOCATE ( surfaces%i(1:surfaces%ns)  )
804       ALLOCATE ( surfaces%j(1:surfaces%ns)  )
805       ALLOCATE ( surfaces%k(1:surfaces%ns)  )
806
807       IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN   
808          ALLOCATE ( surfaces%u_0(1:surfaces%ns) ) 
809          ALLOCATE ( surfaces%v_0(1:surfaces%ns) )
810       ENDIF
811!
812!--    Vertical momentum fluxes of u and v
813       ALLOCATE ( surfaces%usws(1:surfaces%ns) ) 
814       ALLOCATE ( surfaces%vsws(1:surfaces%ns) ) 
815!
816!--    Sensible heat flux
817       ALLOCATE ( surfaces%shf(1:surfaces%ns) )   
818!
819!--    Latent heat flux
820       IF ( humidity )  THEN
821          ALLOCATE ( surfaces%qsws(1:surfaces%ns) )     
822       ENDIF
823!
824!--    Scalar flux
825       IF ( passive_scalar )  THEN
826          ALLOCATE ( surfaces%ssws(1:surfaces%ns) ) 
827       ENDIF
828!
829!--       
830       IF ( cloud_physics .AND. microphysics_morrison)  THEN
831          ALLOCATE ( surfaces%qcsws(1:surfaces%ns) )
832          ALLOCATE ( surfaces%ncsws(1:surfaces%ns) )
833       ENDIF
834!
835!--       
836       IF ( cloud_physics .AND. microphysics_seifert)  THEN
837          ALLOCATE ( surfaces%qrsws(1:surfaces%ns) )
838          ALLOCATE ( surfaces%nrsws(1:surfaces%ns) )
839       ENDIF
840!
841!--    Salinity flux
842       IF ( ocean )  ALLOCATE ( surfaces%sasws(1:surfaces%ns) )
843
844    END SUBROUTINE allocate_surface_attributes_h_top
845
846!------------------------------------------------------------------------------!
847! Description:
848! ------------
849!> Allocating memory for vertical surface types.
850!------------------------------------------------------------------------------!
851    SUBROUTINE allocate_surface_attributes_v( surfaces, lsm,                   &
852                                              nys_l, nyn_l, nxl_l, nxr_l )
853
854       IMPLICIT NONE
855
856       INTEGER(iwp) ::  nyn_l  !< north bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
857       INTEGER(iwp) ::  nys_l  !< south bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
858       INTEGER(iwp) ::  nxl_l  !< west bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
859       INTEGER(iwp) ::  nxr_l  !< east bound of local 2d array start/end_index, is equal to nyn, except for restart-array
860
861       LOGICAL         ::  lsm      !< flag indicating data type of natural land surface
862
863       TYPE(surf_type) ::  surfaces !< respective surface type
864
865!
866!--    Allocate arrays for start and end index of vertical surface type
867!--    for each (j,i)-grid point. This is required in diffion_x, which is
868!--    called for each (j,i). In order to find the location where the
869!--    respective flux is store within the surface-type, start- and end-
870!--    index are stored for each (j,i). For example, each (j,i) can have
871!--    several entries where fluxes for vertical surfaces might be stored. 
872!--    In the flat case, where no vertical walls exit, set indicies such
873!--    that loop in diffusion routines will not be entered.
874       ALLOCATE ( surfaces%start_index(nys_l:nyn_l,nxl_l:nxr_l) )
875       ALLOCATE ( surfaces%end_index(nys_l:nyn_l,nxl_l:nxr_l)   )
876       surfaces%start_index = 0
877       surfaces%end_index   = -1
878!
879!--    Indices to locate surface element.
880       ALLOCATE ( surfaces%i(1:surfaces%ns) )
881       ALLOCATE ( surfaces%j(1:surfaces%ns) )
882       ALLOCATE ( surfaces%k(1:surfaces%ns) )
883!
884!--    Surface-layer height
885       ALLOCATE ( surfaces%z_mo(1:surfaces%ns) )
886!
887!--    Surface orientation
888       ALLOCATE ( surfaces%facing(1:surfaces%ns) )
889!
890!--    Surface parallel wind velocity
891       ALLOCATE ( surfaces%uvw_abs(1:surfaces%ns) )
892!
893!--    Roughness
894       ALLOCATE ( surfaces%z0(1:surfaces%ns)  )
895       ALLOCATE ( surfaces%z0h(1:surfaces%ns) )
896       ALLOCATE ( surfaces%z0q(1:surfaces%ns) )
897
898!
899!--    Friction velocity
900       ALLOCATE ( surfaces%us(1:surfaces%ns) )
901!
902!--    Allocate Obukhov length and bulk Richardson number. Only required
903!--    for natural land surfaces
904       IF ( lsm )  THEN
905          ALLOCATE( surfaces%ol(1:surfaces%ns)  ) 
906          ALLOCATE( surfaces%rib(1:surfaces%ns) ) 
907       ENDIF
908!
909!--    Allocate arrays for surface momentum fluxes for u and v. For u at north-
910!--    and south-facing surfaces, for v at east- and west-facing surfaces.
911       ALLOCATE ( surfaces%mom_flux_uv(1:surfaces%ns) )
912!
913!--    Allocate array for surface momentum flux for w - wsus and wsvs
914       ALLOCATE ( surfaces%mom_flux_w(1:surfaces%ns) ) 
915!
916!--    Allocate array for surface momentum flux for subgrid-scale tke wsus and
917!--    wsvs; first index usvs or vsws, second index for wsus or wsvs, depending
918!--    on surface.
919       ALLOCATE ( surfaces%mom_flux_tke(0:1,1:surfaces%ns) ) 
920!
921!--    Characteristic temperature and surface flux of sensible heat
922       ALLOCATE ( surfaces%ts(1:surfaces%ns)  )   
923       ALLOCATE ( surfaces%shf(1:surfaces%ns) )   
924!
925!--    Characteristic humidity and surface flux of latent heat
926       IF ( humidity )  THEN
927          ALLOCATE ( surfaces%qs(1:surfaces%ns)   ) 
928          ALLOCATE ( surfaces%qsws(1:surfaces%ns) )     
929       ENDIF
930!
931!--    Characteristic scalar and surface flux of scalar
932       IF ( passive_scalar )  THEN
933          ALLOCATE ( surfaces%ss(1:surfaces%ns)   )   
934          ALLOCATE ( surfaces%ssws(1:surfaces%ns) ) 
935       ENDIF
936
937       IF ( cloud_physics .AND. microphysics_seifert)  THEN
938          ALLOCATE ( surfaces%qcs(1:surfaces%ns)   )
939          ALLOCATE ( surfaces%ncs(1:surfaces%ns)   )
940          ALLOCATE ( surfaces%qcsws(1:surfaces%ns) )
941          ALLOCATE ( surfaces%ncsws(1:surfaces%ns) )
942       ENDIF
943
944       IF ( cloud_physics .AND. microphysics_seifert)  THEN
945          ALLOCATE ( surfaces%qrs(1:surfaces%ns)   )
946          ALLOCATE ( surfaces%nrs(1:surfaces%ns)   )
947          ALLOCATE ( surfaces%qrsws(1:surfaces%ns) )
948          ALLOCATE ( surfaces%nrsws(1:surfaces%ns) )
949       ENDIF
950!
951!--    Salinity surface flux
952       IF ( ocean )  ALLOCATE ( surfaces%sasws(1:surfaces%ns) )
953
954    END SUBROUTINE allocate_surface_attributes_v
955
956!------------------------------------------------------------------------------!
957! Description:
958! ------------
959!> Initialize surface elements.
960!------------------------------------------------------------------------------!
961    SUBROUTINE init_surfaces
962
963       IMPLICIT NONE
964
965       INTEGER(iwp) ::  i         !< running index x-direction
966       INTEGER(iwp) ::  j         !< running index y-direction
967       INTEGER(iwp) ::  k         !< running index z-direction
968       INTEGER(iwp) ::  l         !< index variable used to distinguish surface facing
969       INTEGER(iwp) ::  m         !< running index surface elements
970
971       INTEGER(iwp)                 ::  start_index_lsm_h !< dummy to determing local start index in surface type for given (j,i), for horizontal natural surfaces
972       INTEGER(iwp)                 ::  start_index_usm_h !< dummy to determing local start index in surface type for given (j,i), for horizontal urban surfaces
973
974       INTEGER(iwp)                 ::  num_lsm_h     !< current number of horizontal surface element, natural type
975       INTEGER(iwp)                 ::  num_lsm_h_kji !< dummy to determing local end index in surface type for given (j,i), for for horizonal natural surfaces
976       INTEGER(iwp)                 ::  num_usm_h     !< current number of horizontal surface element, urban type
977       INTEGER(iwp)                 ::  num_usm_h_kji !< dummy to determing local end index in surface type for given (j,i), for for horizonal urban surfaces
978
979       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:2) ::  num_def_h     !< current number of horizontal surface element, default type
980       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:2) ::  num_def_h_kji !< dummy to determing local end index in surface type for given (j,i), for horizonal default surfaces
981       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:2) ::  start_index_def_h !< dummy to determing local start index in surface type for given (j,i), for horizontal default surfaces
982     
983       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  num_def_v     !< current number of vertical surface element, default type
984       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  num_def_v_kji !< dummy to determing local end index in surface type for given (j,i), for vertical default surfaces
985       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  num_lsm_v     !< current number of vertical surface element, natural type
986       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  num_lsm_v_kji !< dummy to determing local end index in surface type for given (j,i), for vertical natural surfaces
987       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  num_usm_v     !< current number of vertical surface element, urban type
988       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  num_usm_v_kji !< dummy to determing local end index in surface type for given (j,i), for vertical urban surfaces
989
990       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  start_index_def_v !< dummy to determing local start index in surface type for given (j,i), for vertical default surfaces
991       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  start_index_lsm_v !< dummy to determing local start index in surface type for given (j,i), for vertical natural surfaces
992       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  start_index_usm_v !< dummy to determing local start index in surface type for given (j,i), for vertical urban surfaces
993
994
995!
996!--    Initialize surface attributes, store indicies, surfaces orientation, etc.,
997       num_def_h(0:2) = 1
998       num_def_v(0:3) = 1
999
1000       num_lsm_h      = 1
1001       num_lsm_v(0:3) = 1
1002
1003       num_usm_h      = 1
1004       num_usm_v(0:3) = 1
1005
1006       start_index_def_h(0:2) = 1
1007       start_index_def_v(0:3) = 1
1008
1009       start_index_lsm_h      = 1
1010       start_index_lsm_v(0:3) = 1
1011
1012       start_index_usm_h      = 1
1013       start_index_usm_v(0:3) = 1
1014
1015       DO  i = nxl, nxr
1016          DO  j = nys, nyn
1017
1018             num_def_h_kji = 0
1019             num_def_v_kji = 0
1020             num_lsm_h_kji = 0
1021             num_lsm_v_kji = 0
1022             num_usm_h_kji = 0
1023             num_usm_v_kji = 0
1024
1025             DO  k = nzb+1, nzt
1026!
1027!--             Check if current gridpoint belongs to the atmosphere
1028                IF ( BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )  THEN
1029!
1030!--                Upward-facing surface. Distinguish between differet surface types.
1031!--                To do, think about method to flag natural and non-natural
1032!--                surfaces. Only to ask for land_surface or urban surface
1033!--                is just a work-around.
1034                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k-1,j,i), 0 ) )  THEN 
1035!
1036!--                   Natural surface type         
1037                      IF ( land_surface )  THEN
1038                         CALL initialize_horizontal_surfaces( k, j, i,         &
1039                                                              surf_lsm_h,      &
1040                                                              num_lsm_h,       &
1041                                                              num_lsm_h_kji,   &
1042                                                              .TRUE., .FALSE. ) 
1043!
1044!--                   Urban surface tpye
1045                      ELSEIF ( urban_surface )  THEN
1046                         CALL initialize_horizontal_surfaces( k, j, i,         &
1047                                                              surf_usm_h,      &
1048                                                              num_usm_h,       &
1049                                                              num_usm_h_kji,   &
1050                                                              .TRUE., .FALSE. ) 
1051!
1052!--                   Default surface type
1053                      ELSE
1054                         CALL initialize_horizontal_surfaces( k, j, i,         &
1055                                                              surf_def_h(0),   &
1056                                                              num_def_h(0),    &
1057                                                              num_def_h_kji(0),&
1058                                                              .TRUE., .FALSE. ) 
1059                      ENDIF
1060                   ENDIF 
1061!
1062!--                downward-facing surface, first, model top
1063                   IF ( k == nzt  .AND.  use_top_fluxes )  THEN
1064                      CALL initialize_top( k, j, i, surf_def_h(2),             &
1065                                           num_def_h(2), num_def_h_kji(2) )
1066!
1067!--                Check for any other downward-facing surface. So far only for
1068!--                default surface type.
1069                   ELSEIF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k+1,j,i), 0 ) )  THEN
1070                      CALL initialize_horizontal_surfaces( k, j, i,            &
1071                                                           surf_def_h(1),      &
1072                                                           num_def_h(1),       &
1073                                                           num_def_h_kji(1),   &
1074                                                           .FALSE., .TRUE. )   
1075                   ENDIF
1076!
1077!--                Check for vertical walls and, if required, initialize it.
1078!                  Start with northward-facing surface.
1079                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j-1,i), 0 ) )  THEN
1080                      IF ( urban_surface )  THEN
1081                         CALL initialize_vertical_surfaces( 0, k, j, i,        &
1082                                                            surf_usm_v(0),     &
1083                                                            num_usm_v(0),      &
1084                                                            num_usm_v_kji(0),  &
1085                                                            .FALSE., .FALSE.,  &             
1086                                                            .FALSE., .TRUE. ) 
1087                      ELSEIF ( land_surface )  THEN
1088                         CALL initialize_vertical_surfaces( 0, k, j, i,        &
1089                                                            surf_lsm_v(0),     &
1090                                                            num_lsm_v(0),      &
1091                                                            num_lsm_v_kji(0),  &
1092                                                            .FALSE., .FALSE.,  &             
1093                                                            .FALSE., .TRUE. ) 
1094                      ELSE
1095                         CALL initialize_vertical_surfaces( 0, k, j, i,        &
1096                                                            surf_def_v(0),     &
1097                                                            num_def_v(0),      &
1098                                                            num_def_v_kji(0),  &
1099                                                            .FALSE., .FALSE.,  &             
1100                                                            .FALSE., .TRUE. ) 
1101                      ENDIF
1102                   ENDIF
1103!
1104!--                southward-facing surface
1105                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j+1,i), 0 ) )  THEN
1106                      IF ( urban_surface )  THEN
1107                         CALL initialize_vertical_surfaces( 1, k, j, i,        &
1108                                                            surf_usm_v(1),     &
1109                                                            num_usm_v(1),      &
1110                                                            num_usm_v_kji(1),  &
1111                                                            .FALSE., .FALSE.,  &
1112                                                            .TRUE., .FALSE. )
1113                      ELSEIF ( land_surface )  THEN
1114                         CALL initialize_vertical_surfaces( 1, k, j, i,        &
1115                                                            surf_lsm_v(1),     &
1116                                                            num_lsm_v(1),      &
1117                                                            num_lsm_v_kji(1),  &
1118                                                            .FALSE., .FALSE.,  &
1119                                                            .TRUE., .FALSE. ) 
1120                      ELSE
1121                         CALL initialize_vertical_surfaces( 1, k, j, i,        &
1122                                                            surf_def_v(1),     &
1123                                                            num_def_v(1),      &
1124                                                            num_def_v_kji(1),  &
1125                                                            .FALSE., .FALSE.,  &
1126                                                            .TRUE., .FALSE. ) 
1127                      ENDIF
1128                   ENDIF
1129!
1130!--                eastward-facing surface
1131                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j,i-1), 0 ) )  THEN
1132                      IF ( urban_surface )  THEN
1133                         CALL initialize_vertical_surfaces( 2, k, j, i,        &
1134                                                            surf_usm_v(2),     &
1135                                                            num_usm_v(2),      &
1136                                                            num_usm_v_kji(2),  &
1137                                                            .TRUE., .FALSE.,   &
1138                                                            .FALSE., .FALSE. ) 
1139                      ELSEIF ( land_surface )  THEN
1140                         CALL initialize_vertical_surfaces( 2, k, j, i,        &
1141                                                            surf_lsm_v(2),     &
1142                                                            num_lsm_v(2),      &
1143                                                            num_lsm_v_kji(2),  &
1144                                                            .TRUE., .FALSE.,   &
1145                                                            .FALSE., .FALSE. ) 
1146                      ELSE
1147                         CALL initialize_vertical_surfaces( 2, k, j, i,        &
1148                                                            surf_def_v(2),     &
1149                                                            num_def_v(2),      &
1150                                                            num_def_v_kji(2),  &
1151                                                            .TRUE., .FALSE.,   &
1152                                                            .FALSE., .FALSE. ) 
1153                      ENDIF
1154                   ENDIF
1155!   
1156!--                westward-facing surface
1157                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j,i+1), 0 ) )  THEN
1158                      IF ( urban_surface )  THEN
1159                         CALL initialize_vertical_surfaces( 3, k, j, i,        &
1160                                                            surf_usm_v(3),     &
1161                                                            num_usm_v(3),      &
1162                                                            num_usm_v_kji(3),  &
1163                                                           .FALSE., .TRUE.,    &
1164                                                           .FALSE., .FALSE. ) 
1165                      ELSEIF ( land_surface )  THEN
1166                         CALL initialize_vertical_surfaces( 3, k, j, i,        &
1167                                                            surf_lsm_v(3),     &
1168                                                            num_lsm_v(3),      &
1169                                                            num_lsm_v_kji(3),  &
1170                                                           .FALSE., .TRUE.,    &
1171                                                           .FALSE., .FALSE. ) 
1172                      ELSE
1173                         CALL initialize_vertical_surfaces( 3, k, j, i,        &
1174                                                            surf_def_v(3),     &
1175                                                            num_def_v(3),      &
1176                                                            num_def_v_kji(3),  &
1177                                                           .FALSE., .TRUE.,    &
1178                                                           .FALSE., .FALSE. ) 
1179                      ENDIF
1180                   ENDIF
1181                ENDIF
1182
1183 
1184             ENDDO
1185!
1186!--          Determine start- and end-index at grid point (j,i). Also, for
1187!--          horizontal surfaces more than 1 horizontal surface element can
1188!--          exist at grid point (j,i) if overhanging structures are present.
1189!--          Upward-facing surfaces
1190             surf_def_h(0)%start_index(j,i) = start_index_def_h(0)
1191             surf_def_h(0)%end_index(j,i)   = surf_def_h(0)%start_index(j,i) + &
1192                                                 num_def_h_kji(0) - 1
1193             start_index_def_h(0)           = surf_def_h(0)%end_index(j,i) + 1
1194!
1195!--          Downward-facing surfaces, except model top
1196             surf_def_h(1)%start_index(j,i) = start_index_def_h(1)                                                 
1197             surf_def_h(1)%end_index(j,i)   = surf_def_h(1)%start_index(j,i) + &
1198                                                 num_def_h_kji(1) - 1
1199             start_index_def_h(1)           = surf_def_h(1)%end_index(j,i) + 1
1200!
1201!--          Downward-facing surfaces -- model top fluxes
1202             surf_def_h(2)%start_index(j,i) = start_index_def_h(2)                                                 
1203             surf_def_h(2)%end_index(j,i)   = surf_def_h(2)%start_index(j,i) + &
1204                                                 num_def_h_kji(2) - 1
1205             start_index_def_h(2)           = surf_def_h(2)%end_index(j,i) + 1
1206!
1207!--          Horizontal natural land surfaces
1208             surf_lsm_h%start_index(j,i)    = start_index_lsm_h
1209             surf_lsm_h%end_index(j,i)      = surf_lsm_h%start_index(j,i) +    &
1210                                                 num_lsm_h_kji - 1
1211             start_index_lsm_h              = surf_lsm_h%end_index(j,i) + 1
1212!
1213!--          Horizontal urban surfaces
1214             surf_usm_h%start_index(j,i)    = start_index_usm_h
1215             surf_usm_h%end_index(j,i)      = surf_usm_h%start_index(j,i) +    &
1216                                                 num_usm_h_kji - 1
1217             start_index_usm_h              = surf_usm_h%end_index(j,i) + 1
1218
1219!
1220!--          Vertical surfaces - Default type
1221             surf_def_v(0)%start_index(j,i) = start_index_def_v(0)
1222             surf_def_v(1)%start_index(j,i) = start_index_def_v(1)
1223             surf_def_v(2)%start_index(j,i) = start_index_def_v(2)
1224             surf_def_v(3)%start_index(j,i) = start_index_def_v(3)
1225             surf_def_v(0)%end_index(j,i)   = start_index_def_v(0) +           & 
1226                                              num_def_v_kji(0) - 1
1227             surf_def_v(1)%end_index(j,i)   = start_index_def_v(1) +           &
1228                                              num_def_v_kji(1) - 1
1229             surf_def_v(2)%end_index(j,i)   = start_index_def_v(2) +           &
1230                                              num_def_v_kji(2) - 1
1231             surf_def_v(3)%end_index(j,i)   = start_index_def_v(3) +           &
1232                                              num_def_v_kji(3) - 1
1233             start_index_def_v(0)           = surf_def_v(0)%end_index(j,i) + 1
1234             start_index_def_v(1)           = surf_def_v(1)%end_index(j,i) + 1
1235             start_index_def_v(2)           = surf_def_v(2)%end_index(j,i) + 1
1236             start_index_def_v(3)           = surf_def_v(3)%end_index(j,i) + 1
1237!
1238!--          Natural type
1239             surf_lsm_v(0)%start_index(j,i) = start_index_lsm_v(0)
1240             surf_lsm_v(1)%start_index(j,i) = start_index_lsm_v(1)
1241             surf_lsm_v(2)%start_index(j,i) = start_index_lsm_v(2)
1242             surf_lsm_v(3)%start_index(j,i) = start_index_lsm_v(3)
1243             surf_lsm_v(0)%end_index(j,i)   = start_index_lsm_v(0) +           & 
1244                                              num_lsm_v_kji(0) - 1
1245             surf_lsm_v(1)%end_index(j,i)   = start_index_lsm_v(1) +           &
1246                                              num_lsm_v_kji(1) - 1
1247             surf_lsm_v(2)%end_index(j,i)   = start_index_lsm_v(2) +           &
1248                                              num_lsm_v_kji(2) - 1
1249             surf_lsm_v(3)%end_index(j,i)   = start_index_lsm_v(3) +           &
1250                                              num_lsm_v_kji(3) - 1
1251             start_index_lsm_v(0)           = surf_lsm_v(0)%end_index(j,i) + 1
1252             start_index_lsm_v(1)           = surf_lsm_v(1)%end_index(j,i) + 1
1253             start_index_lsm_v(2)           = surf_lsm_v(2)%end_index(j,i) + 1
1254             start_index_lsm_v(3)           = surf_lsm_v(3)%end_index(j,i) + 1
1255!
1256!--          Urban type
1257             surf_usm_v(0)%start_index(j,i) = start_index_usm_v(0)
1258             surf_usm_v(1)%start_index(j,i) = start_index_usm_v(1)
1259             surf_usm_v(2)%start_index(j,i) = start_index_usm_v(2)
1260             surf_usm_v(3)%start_index(j,i) = start_index_usm_v(3)
1261             surf_usm_v(0)%end_index(j,i)   = start_index_usm_v(0) +           & 
1262                                              num_usm_v_kji(0) - 1
1263             surf_usm_v(1)%end_index(j,i)   = start_index_usm_v(1) +           &
1264                                              num_usm_v_kji(1) - 1
1265             surf_usm_v(2)%end_index(j,i)   = start_index_usm_v(2) +           &
1266                                              num_usm_v_kji(2) - 1
1267             surf_usm_v(3)%end_index(j,i)   = start_index_usm_v(3) +           &
1268                                              num_usm_v_kji(3) - 1
1269             start_index_usm_v(0)           = surf_usm_v(0)%end_index(j,i) + 1
1270             start_index_usm_v(1)           = surf_usm_v(1)%end_index(j,i) + 1
1271             start_index_usm_v(2)           = surf_usm_v(2)%end_index(j,i) + 1
1272             start_index_usm_v(3)           = surf_usm_v(3)%end_index(j,i) + 1
1273
1274
1275          ENDDO
1276       ENDDO
1277
1278       CONTAINS
1279
1280!------------------------------------------------------------------------------!
1281! Description:
1282! ------------
1283!> Initialize horizontal surface elements, upward- and downward-facing.
1284!> Note, horizontal surface type alsw comprises model-top fluxes, which are,
1285!> initialized in a different routine.
1286!------------------------------------------------------------------------------!
1287          SUBROUTINE initialize_horizontal_surfaces( k, j, i, surf, num_h,     &
1288                                                     num_h_kji, upward_facing, &
1289                                                     downward_facing )       
1290
1291             IMPLICIT NONE
1292
1293             INTEGER(iwp)  ::  i                !< running index x-direction
1294             INTEGER(iwp)  ::  j                !< running index y-direction
1295             INTEGER(iwp)  ::  k                !< running index z-direction
1296             INTEGER(iwp)  ::  num_h            !< current number of surface element
1297             INTEGER(iwp)  ::  num_h_kji        !< dummy increment
1298
1299             LOGICAL       ::  upward_facing    !< flag indicating upward-facing surface
1300             LOGICAL       ::  downward_facing  !< flag indicating downward-facing surface
1301
1302             TYPE( surf_type ) :: surf          !< respective surface type
1303!
1304!--          Store indices of respective surface element
1305             surf%i(num_h) = i
1306             surf%j(num_h) = j
1307             surf%k(num_h) = k
1308!
1309!--          Surface orientation, bit 0 is set to 1 for upward-facing surfaces,
1310!--          bit 1 is for downward-facing surfaces.
1311             IF ( upward_facing   )  surf%facing(num_h) = IBSET( surf%facing(num_h), 0 )
1312             IF ( downward_facing )  surf%facing(num_h) = IBSET( surf%facing(num_h), 1 )
1313!
1314!--          Initialize surface-layer height
1315             IF ( upward_facing )  THEN
1316                surf%z_mo(num_h)  = zu(k) - zw(k-1)
1317             ELSE
1318                surf%z_mo(num_h)  = zw(k) - zu(k)
1319             ENDIF
1320 
1321             surf%z0(num_h)    = roughness_length
1322             surf%z0h(num_h)   = z0h_factor * roughness_length
1323             surf%z0q(num_h)   = z0h_factor * roughness_length         
1324!
1325!--          Initialization in case of 1D pre-cursor run
1326             IF ( INDEX( initializing_actions, 'set_1d-model_profiles' ) /= 0 )&
1327             THEN
1328                IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN
1329                   IF ( constant_flux_layer )  THEN
1330                      surf%ol(num_h)   = surf%z_mo(num_h) /                    &
1331                                            ( rif1d(nzb+1) + 1.0E-20_wp )
1332                      surf%us(num_h)   = us1d
1333                      surf%usws(num_h) = usws1d
1334                      surf%vsws(num_h) = vsws1d
1335                   ELSE
1336                      surf%ol(num_h)   = surf%z_mo(num_h) / zeta_min
1337                      surf%us(num_h)   = 0.0_wp
1338                      surf%usws(num_h) = 0.0_wp
1339                      surf%vsws(num_h) = 0.0_wp
1340                   ENDIF
1341                ELSE
1342                   surf%ol(num_h)   = surf%z_mo(num_h) / zeta_min
1343                   surf%us(num_h)   = 0.0_wp
1344                   surf%usws(num_h) = 0.0_wp
1345                   surf%vsws(num_h) = 0.0_wp
1346                ENDIF
1347!
1348!--          Initialization in case of constant profiles
1349             ELSEIF ( INDEX(initializing_actions, 'set_constant_profiles') /= 0 )&
1350             THEN
1351
1352                surf%ol(num_h)   = surf%z_mo(num_h) / zeta_min
1353!
1354!--             Very small number is required for calculation of Obukhov length
1355!--             at first timestep     
1356                surf%us(num_h)    = 1E-30_wp 
1357                surf%usws(num_h)  = 0.0_wp
1358                surf%vsws(num_h)  = 0.0_wp
1359       
1360             ENDIF
1361
1362             surf%rib(num_h)   = 0.0_wp 
1363             surf%uvw_abs(num_h) = 0.0_wp
1364
1365             IF ( .NOT. constant_diffusion )  THEN   
1366                surf%u_0(num_h)     = 0.0_wp 
1367                surf%v_0(num_h)     = 0.0_wp
1368             ENDIF
1369
1370             surf%ts(num_h)   = 0.0_wp
1371
1372             IF ( humidity )  THEN
1373                surf%qs(num_h)   = 0.0_wp
1374                IF ( cloud_physics .AND. microphysics_morrison)  THEN
1375                   surf%qcs(num_h) = 0.0_wp
1376                   surf%ncs(num_h) = 0.0_wp
1377   
1378                   surf%qcsws(num_h) = 0.0_wp
1379                   surf%ncsws(num_h) = 0.0_wp
1380
1381                ENDIF
1382                IF ( cloud_physics .AND. microphysics_seifert)  THEN
1383                   surf%qrs(num_h) = 0.0_wp
1384                   surf%nrs(num_h) = 0.0_wp
1385   
1386                   surf%qrsws(num_h) = 0.0_wp
1387                   surf%nrsws(num_h) = 0.0_wp
1388
1389                   surf%pt1(num_h) = 0.0_wp
1390                   surf%qv1(num_h) = 0.0_wp
1391
1392                ENDIF
1393             ENDIF
1394
1395             IF ( passive_scalar )  surf%ss(num_h) = 0.0_wp
1396!
1397!--          Inititalize surface fluxes of sensible and latent heat, as well as
1398!--          passive scalar
1399             IF ( use_surface_fluxes )  THEN
1400
1401                IF ( upward_facing )  THEN
1402                   IF ( constant_heatflux )  THEN
1403!   
1404!--                   Initialize surface heatflux. However, skip this for now if
1405!--                   if random_heatflux is set. This case, shf is initialized later.
1406                      IF ( .NOT. random_heatflux )  THEN
1407                         surf%shf(num_h) = surface_heatflux *               &
1408                                                 heatflux_input_conversion(nzb)
1409!
1410!--                      Check if surface heat flux might be replaced by
1411!--                      prescribed wall heatflux
1412                         IF ( k-1 /= 0 )  THEN
1413                            surf%shf(num_h) = wall_heatflux(0) *            &
1414                                                 heatflux_input_conversion(k-1)
1415                         ENDIF
1416!
1417!--                      Initialize shf with data from external file LSF_DATA. Will
1418!--                      be done directly in ls_foring_surf
1419!--                      Attention: Just a workaround, need to be revised!!!
1420                         IF ( large_scale_forcing .AND. lsf_surf )  THEN
1421!                             CALL ls_forcing_surf ( simulated_time )
1422!                             surf%shf(num_h) = shf(j,i) 
1423                         ENDIF
1424                      ENDIF
1425                   ELSE
1426                      surf%shf(num_h) = 0.0_wp
1427                   ENDIF
1428!
1429!--             Set heat-flux at downward-facing surfaces
1430                ELSE
1431                   surf%shf(num_h) = wall_heatflux(5) *                        &
1432                                             heatflux_input_conversion(k)
1433                ENDIF
1434
1435                IF ( humidity )  THEN
1436                   IF ( upward_facing )  THEN
1437                      IF ( constant_waterflux )  THEN
1438                         surf%qsws(num_h) = surface_waterflux *                &
1439                                                 waterflux_input_conversion(nzb)
1440                         IF ( k-1 /= 0 )  THEN
1441                            surf%qsws(num_h) = wall_humidityflux(0) *          &
1442                                                 waterflux_input_conversion(k-1)
1443                         ENDIF
1444                      ELSE
1445                         surf%qsws(num_h) = 0.0_wp
1446                      ENDIF
1447                   ELSE
1448                      surf%qsws(num_h) = wall_humidityflux(5) *                &
1449                                             heatflux_input_conversion(k)
1450                   ENDIF
1451                ENDIF
1452
1453                IF ( passive_scalar )  THEN
1454                   IF ( upward_facing )  THEN
1455                      IF ( constant_scalarflux )  THEN
1456                         surf%ssws(num_h) = surface_scalarflux
1457
1458                         IF ( k-1 /= 0 )                                       &
1459                            surf%ssws(num_h) = wall_scalarflux(0)
1460
1461                      ELSE
1462                         surf%ssws(num_h) = 0.0_wp
1463                      ENDIF
1464                   ELSE
1465                      surf%ssws(num_h) = wall_scalarflux(5)
1466                   ENDIF
1467                ENDIF
1468
1469                IF ( ocean )  THEN
1470                   IF ( upward_facing )  THEN
1471                      surf%sasws(num_h) = bottom_salinityflux
1472                   ELSE
1473                      surf%sasws(num_h) = 0.0_wp
1474                   ENDIF
1475                ENDIF
1476             ENDIF
1477!
1478!--          Increment surface indices
1479             num_h     = num_h + 1
1480             num_h_kji = num_h_kji + 1     
1481
1482
1483          END SUBROUTINE initialize_horizontal_surfaces
1484       
1485
1486!------------------------------------------------------------------------------!
1487! Description:
1488! ------------
1489!> Initialize model-top fluxes. Currently, only the heatflux and salinity flux
1490!> can be prescribed, latent flux is zero in this case!
1491!------------------------------------------------------------------------------!
1492          SUBROUTINE initialize_top( k, j, i, surf, num_h, num_h_kji )       
1493
1494             IMPLICIT NONE
1495
1496             INTEGER(iwp)  ::  i                !< running index x-direction
1497             INTEGER(iwp)  ::  j                !< running index y-direction
1498             INTEGER(iwp)  ::  k                !< running index z-direction
1499             INTEGER(iwp)  ::  num_h            !< current number of surface element
1500             INTEGER(iwp)  ::  num_h_kji        !< dummy increment
1501
1502             TYPE( surf_type ) :: surf          !< respective surface type
1503!
1504!--          Store indices of respective surface element
1505             surf%i(num_h) = i
1506             surf%j(num_h) = j
1507             surf%k(num_h) = k
1508!
1509!--          Initialize top heat flux
1510             IF ( constant_top_heatflux )                                      &
1511                surf%shf(num_h) = top_heatflux * heatflux_input_conversion(nzt+1)
1512!
1513!--          Initialization in case of a coupled model run
1514             IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
1515                surf%shf(num_h) = 0.0_wp
1516             ENDIF
1517!
1518!--          Prescribe latent heat flux at the top     
1519             IF ( humidity )  THEN
1520                surf%qsws(num_h) = 0.0_wp
1521                IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_morrison ) THEN
1522                   surf%ncsws(num_h) = 0.0_wp
1523                   surf%qcsws(num_h) = 0.0_wp
1524                ENDIF
1525                IF ( cloud_physics  .AND.  microphysics_seifert ) THEN
1526                   surf%nrsws(num_h) = 0.0_wp
1527                   surf%qrsws(num_h) = 0.0_wp
1528                ENDIF
1529             ENDIF
1530!
1531!--          Prescribe top scalar flux
1532             IF ( passive_scalar .AND. constant_top_scalarflux )               &
1533                surf%ssws(num_h) = top_scalarflux
1534!
1535!--          Prescribe top salinity flux
1536             IF ( ocean .AND. constant_top_salinityflux)                       &
1537                surf%sasws(num_h) = top_salinityflux
1538!
1539!--          Initialization in case of a coupled model run
1540             IF ( coupling_mode == 'ocean_to_atmosphere' )  THEN
1541                surf%shf(num_h) = 0.0_wp
1542             ENDIF
1543!
1544!--          Top momentum fluxes
1545             surf%usws(num_h) = top_momentumflux_u *                           &
1546                                            momentumflux_input_conversion(nzt+1)
1547             surf%vsws(num_h) = top_momentumflux_v *                           &
1548                                            momentumflux_input_conversion(nzt+1)
1549!
1550!--          Increment surface indices
1551             num_h     = num_h + 1
1552             num_h_kji = num_h_kji + 1     
1553
1554
1555          END SUBROUTINE initialize_top
1556
1557
1558!------------------------------------------------------------------------------!
1559! Description:
1560! ------------
1561!> Initialize vertical surface elements.
1562!------------------------------------------------------------------------------!
1563          SUBROUTINE initialize_vertical_surfaces( l, k, j, i, surf, num_v,    &
1564                                                num_v_kji, east_facing,        &
1565                                                west_facing, south_facing,     &
1566                                                north_facing )       
1567
1568             IMPLICIT NONE
1569
1570             INTEGER(iwp)  ::  component !<
1571             INTEGER(iwp)  ::  i               !< running index x-direction
1572             INTEGER(iwp)  ::  j               !< running index x-direction
1573             INTEGER(iwp)  ::  k               !< running index x-direction
1574             INTEGER(iwp)  ::  l               !< index variable for the surface type, indicating the facing
1575             INTEGER(iwp)  ::  num_v           !< current number of surface element
1576             INTEGER(iwp)  ::  num_v_kji       !< current number of surface element at (j,i)
1577
1578
1579             LOGICAL       ::  east_facing     !< flag indicating east-facing surfaces
1580             LOGICAL       ::  north_facing    !< flag indicating north-facing surfaces
1581             LOGICAL       ::  south_facing    !< flag indicating south-facing surfaces
1582             LOGICAL       ::  west_facing     !< flag indicating west-facing surfaces
1583
1584             TYPE( surf_type ) :: surf         !< respective surface type
1585
1586!
1587!--          Store indices of respective wall element
1588             surf%i(num_v)   = i
1589             surf%j(num_v)   = j
1590             surf%k(num_v)   = k
1591!
1592!--          Initialize surface-layer height, or more precisely, distance to surface
1593             IF ( north_facing  .OR.  south_facing )  THEN
1594                surf%z_mo(num_v)  = 0.5_wp * dy
1595             ELSE
1596                surf%z_mo(num_v)  = 0.5_wp * dx
1597             ENDIF
1598
1599             surf%facing(num_v)  = 0
1600!
1601!--          Surface orientation. Moreover, set component id to map wall_heatflux,
1602!--          etc., on surface type (further below)
1603             IF ( north_facing )  THEN
1604                surf%facing(num_v) = IBSET( surf%facing(num_v), 0 ) 
1605                component          = 4
1606             ENDIF
1607
1608             IF ( south_facing )  THEN
1609                surf%facing(num_v) = IBSET( surf%facing(num_v), 1 ) 
1610                component          = 3
1611             ENDIF
1612
1613             IF ( east_facing )  THEN
1614                surf%facing(num_v) = IBSET( surf%facing(num_v), 2 )
1615                component          = 2
1616             ENDIF
1617
1618             IF ( west_facing )  THEN
1619                surf%facing(num_v) = IBSET( surf%facing(num_v), 3 ) 
1620                component          = 1
1621             ENDIF
1622
1623 
1624             surf%z0(num_v)  = roughness_length
1625             surf%z0h(num_v) = z0h_factor * roughness_length
1626             surf%z0q(num_v) = z0h_factor * roughness_length
1627
1628             surf%us(num_v)  = 0.0_wp
1629!
1630!--          If required, initialize Obukhov length
1631             IF ( ALLOCATED( surf%ol ) )                                       &
1632                surf%ol(num_v) = surf%z_mo(num_v) / zeta_min
1633
1634             surf%uvw_abs(num_v)   = 0.0_wp
1635
1636             surf%mom_flux_uv(num_v) = 0.0_wp
1637             surf%mom_flux_w(num_v)  = 0.0_wp
1638             surf%mom_flux_tke(0:1,num_v) = 0.0_wp
1639
1640             surf%ts(num_v)    = 0.0_wp
1641             surf%shf(num_v)   = wall_heatflux(component)
1642
1643             IF ( humidity )  THEN
1644                surf%qs(num_v)   = 0.0_wp
1645                surf%qsws(num_v) = wall_humidityflux(component)
1646!
1647!--             Following wall fluxes are assumed to be zero
1648                IF ( cloud_physics .AND. microphysics_morrison)  THEN
1649                   surf%qcs(num_v) = 0.0_wp
1650                   surf%ncs(num_v) = 0.0_wp
1651   
1652                   surf%qcsws(num_v) = 0.0_wp
1653                   surf%ncsws(num_v) = 0.0_wp
1654                ENDIF
1655                IF ( cloud_physics .AND. microphysics_seifert)  THEN
1656                   surf%qrs(num_v) = 0.0_wp
1657                   surf%nrs(num_v) = 0.0_wp
1658   
1659                   surf%qrsws(num_v) = 0.0_wp
1660                   surf%nrsws(num_v) = 0.0_wp
1661                ENDIF
1662             ENDIF
1663
1664             IF ( passive_scalar )  THEN
1665                surf%ss(num_v)   = 0.0_wp
1666                surf%ssws(num_v) = wall_scalarflux(component)
1667             ENDIF
1668!
1669!--          So far, salinityflux at vertical surfaces is simply zero
1670!--          at the moment 
1671             IF ( ocean )  surf%sasws(num_v) = wall_salinityflux(component)
1672!
1673!--          Increment wall indices
1674             num_v                 = num_v + 1
1675             num_v_kji             = num_v_kji + 1
1676
1677          END SUBROUTINE initialize_vertical_surfaces
1678
1679    END SUBROUTINE init_surfaces
1680
1681
1682!------------------------------------------------------------------------------!
1683! Description:
1684! ------------
1685!> Determines topography-top index at given (j,i)-position. 
1686!------------------------------------------------------------------------------!
1687    FUNCTION get_topography_top_index( j, i, grid )
1688
1689       USE kinds
1690
1691       IMPLICIT NONE
1692
1693       CHARACTER(LEN=*) ::  grid                      !< flag to distinquish between staggered grids
1694       INTEGER(iwp)     ::  i                         !< grid index in x-dimension
1695       INTEGER(iwp)     ::  ibit                      !< bit position where topography information is stored on respective grid
1696       INTEGER(iwp)     ::  j                         !< grid index in y-dimension
1697       INTEGER(iwp)     ::  get_topography_top_index  !< topography top index
1698
1699       SELECT CASE ( TRIM( grid ) )
1700
1701          CASE ( 's'     )
1702             ibit = 12
1703          CASE ( 'u'     )
1704             ibit = 14
1705          CASE ( 'v'     )
1706             ibit = 16
1707          CASE ( 'w'     )
1708             ibit = 18
1709          CASE ( 's_out' )
1710             ibit = 24
1711          CASE ( 'u_out' )
1712             ibit = 26
1713          CASE ( 'v_out' )
1714             ibit = 27
1715          CASE ( 'w_out' )
1716             ibit = 28
1717          CASE DEFAULT
1718!
1719!--          Set default to scalar grid
1720             ibit = 12 
1721
1722       END SELECT
1723
1724       get_topography_top_index = MAXLOC(                                      &
1725                                     MERGE( 1, 0,                              &
1726                                            BTEST( wall_flags_0(:,j,i), ibit ) &
1727                                          ), DIM = 1                           &
1728                                        ) - 1
1729
1730       RETURN
1731
1732    END FUNCTION get_topography_top_index
1733
1734!------------------------------------------------------------------------------!
1735! Description:
1736! ------------
1737!> Gathers all surface elements with the same facing (but possibly different
1738!> type) onto a surface type, and writes binary data into restart files.
1739!------------------------------------------------------------------------------!
1740    SUBROUTINE surface_write_restart_data
1741
1742       IMPLICIT NONE
1743
1744       CHARACTER(LEN=1)             ::  dum  !< dummy string to create output-variable name
1745
1746       INTEGER(iwp)                 ::  i    !< running index x-direction
1747       INTEGER(iwp)                 ::  j    !< running index y-direction
1748       INTEGER(iwp)                 ::  l    !< index surface type orientation
1749       INTEGER(iwp)                 ::  m    !< running index for surface elements on individual surface array
1750       INTEGER(iwp), DIMENSION(0:3) ::  mm   !< running index for surface elements on gathered surface array
1751
1752       TYPE(surf_type), DIMENSION(0:2) ::  surf_h !< gathered horizontal surfaces, contains all surface types
1753       TYPE(surf_type), DIMENSION(0:3) ::  surf_v !< gathered vertical surfaces, contains all surface types
1754
1755!
1756!--    Determine total number of horizontal and vertical surface elements before
1757!--    writing var_list
1758       CALL surface_last_actions
1759!
1760!--    Count number of grid points with same facing and allocate attributes respectively
1761!--    Horizontal upward facing
1762       surf_h(0)%ns = ns_h_on_file(0)
1763       CALL allocate_surface_attributes_h( surf_h(0), nys, nyn, nxl, nxr )
1764!
1765!--    Horizontal downward facing
1766       surf_h(1)%ns = ns_h_on_file(1)
1767       CALL allocate_surface_attributes_h( surf_h(1), nys, nyn, nxl, nxr )
1768!
1769!--    Model top
1770       surf_h(2)%ns = ns_h_on_file(2)
1771       CALL allocate_surface_attributes_h_top( surf_h(2), nys, nyn, nxl, nxr )
1772!
1773!--    Vertical surfaces
1774       DO  l = 0, 3
1775          surf_v(l)%ns = ns_v_on_file(l)
1776          CALL allocate_surface_attributes_v( surf_v(l), .FALSE.,              &
1777                                              nys, nyn, nxl, nxr )
1778       ENDDO
1779!
1780!--    In the following, gather data from surfaces elements with the same
1781!--    facing (but possibly differt type) on 1 data-type array.
1782       mm(0:2) = 1
1783       DO  l = 0, 2
1784          DO  i = nxl, nxr
1785             DO  j = nys, nyn
1786                DO  m = surf_def_h(l)%start_index(j,i),                        &
1787                        surf_def_h(l)%end_index(j,i)
1788                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%us ) )                        &
1789                      surf_h(l)%us(mm(l))      = surf_def_h(l)%us(m)
1790                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%ts ) )                        &
1791                      surf_h(l)%ts(mm(l))      = surf_def_h(l)%ts(m)
1792                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%qs ) )                        &
1793                      surf_h(l)%qs(mm(l))      = surf_def_h(l)%qs(m)
1794                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%ss ) )                        &
1795                      surf_h(l)%ss(mm(l))      = surf_def_h(l)%ss(m)
1796                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%qcs ) )                       &
1797                      surf_h(l)%qcs(mm(l))     = surf_def_h(l)%qcs(m)
1798                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%ncs ) )                       &
1799                      surf_h(l)%ncs(mm(l))     = surf_def_h(l)%ncs(m)
1800                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%qrs ) )                       &
1801                      surf_h(l)%qrs(mm(l))     = surf_def_h(l)%qrs(m)
1802                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%nrs ) )                       &
1803                      surf_h(l)%nrs(mm(l))     = surf_def_h(l)%nrs(m)
1804                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%ol ) )                        &
1805                      surf_h(l)%ol(mm(l))      = surf_def_h(l)%ol(m)
1806                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%rib ) )                       &
1807                      surf_h(l)%rib(mm(l))     = surf_def_h(l)%rib(m)
1808                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%usws ) )                      &
1809                      surf_h(l)%usws(mm(l))    = surf_def_h(l)%usws(m)
1810                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%vsws ) )                      &
1811                      surf_h(l)%vsws(mm(l))    = surf_def_h(l)%vsws(m)
1812                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%shf ) )                       &
1813                      surf_h(l)%shf(mm(l))     = surf_def_h(l)%shf(m)
1814                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%qsws ) )                      &
1815                      surf_h(l)%qsws(mm(l))    = surf_def_h(l)%qsws(m)
1816                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%ssws ) )                      &
1817                      surf_h(l)%ssws(mm(l))    = surf_def_h(l)%ssws(m)
1818                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%ncsws ) )                     &
1819                      surf_h(l)%ncsws(mm(l))   = surf_def_h(l)%ncsws(m)
1820                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%nrsws ) )                     &
1821                      surf_h(l)%nrsws(mm(l))   = surf_def_h(l)%nrsws(m)
1822                   IF ( ALLOCATED( surf_def_h(l)%sasws ) )                     &
1823                      surf_h(l)%sasws(mm(l))   = surf_def_h(l)%sasws(m)
1824               
1825                   mm(l) = mm(l) + 1
1826                ENDDO
1827
1828                IF ( l == 0 )  THEN
1829                   DO  m = surf_lsm_h%start_index(j,i),                        &
1830                           surf_lsm_h%end_index(j,i)
1831                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%us ) )                        &
1832                         surf_h(0)%us(mm(0))      = surf_lsm_h%us(m)
1833                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%ts ) )                        &
1834                         surf_h(0)%ts(mm(0))      = surf_lsm_h%ts(m)
1835                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%qs ) )                        &
1836                         surf_h(0)%qs(mm(0))      = surf_lsm_h%qs(m)
1837                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%ss ) )                        &
1838                         surf_h(0)%ss(mm(0))      = surf_lsm_h%ss(m)
1839                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%qcs ) )                       &
1840                         surf_h(0)%qcs(mm(0))     = surf_lsm_h%qcs(m)
1841                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%ncs ) )                       &
1842                         surf_h(0)%ncs(mm(0))     = surf_lsm_h%ncs(m)
1843                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%qrs ) )                       &
1844                         surf_h(0)%qrs(mm(0))     = surf_lsm_h%qrs(m)
1845                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%nrs ) )                       &
1846                         surf_h(0)%nrs(mm(0))     = surf_lsm_h%nrs(m)
1847                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%ol ) )                        &
1848                         surf_h(0)%ol(mm(0))      = surf_lsm_h%ol(m)
1849                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%rib ) )                       &
1850                         surf_h(0)%rib(mm(0))     = surf_lsm_h%rib(m)
1851                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%usws ) )                      &
1852                         surf_h(0)%usws(mm(0))    = surf_lsm_h%usws(m)
1853                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%vsws ) )                      &
1854                         surf_h(0)%vsws(mm(0))    = surf_lsm_h%vsws(m)
1855                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%shf ) )                       &
1856                         surf_h(0)%shf(mm(0))     = surf_lsm_h%shf(m)
1857                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%qsws ) )                      &
1858                         surf_h(0)%qsws(mm(0))    = surf_lsm_h%qsws(m)
1859                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%ssws ) )                      &
1860                         surf_h(0)%ssws(mm(0))    = surf_lsm_h%ssws(m)
1861                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%ncsws ) )                     &
1862                         surf_h(0)%ncsws(mm(0))   = surf_lsm_h%ncsws(m)
1863                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%nrsws ) )                     &
1864                         surf_h(0)%nrsws(mm(0))   = surf_lsm_h%nrsws(m)
1865                      IF ( ALLOCATED( surf_lsm_h%sasws ) )                     &
1866                        surf_h(0)%sasws(mm(0))   = surf_lsm_h%sasws(m)
1867               
1868                      mm(0) = mm(0) + 1
1869             
1870                   ENDDO
1871
1872                   DO  m = surf_usm_h%start_index(j,i),                        &
1873                           surf_usm_h%end_index(j,i)
1874                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%us ) )                        &
1875                         surf_h(0)%us(mm(0))      = surf_usm_h%us(m)
1876                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%ts ) )                        &
1877                         surf_h(0)%ts(mm(0))      = surf_usm_h%ts(m)
1878                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%qs ) )                        &
1879                         surf_h(0)%qs(mm(0))      = surf_usm_h%qs(m)
1880                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%ss ) )                        &
1881                         surf_h(0)%ss(mm(0))      = surf_usm_h%ss(m)
1882                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%qcs ) )                       &
1883                         surf_h(0)%qcs(mm(0))     = surf_usm_h%qcs(m)
1884                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%ncs ) )                       &
1885                         surf_h(0)%ncs(mm(0))     = surf_usm_h%ncs(m)
1886                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%qrs ) )                       &
1887                         surf_h(0)%qrs(mm(0))     = surf_usm_h%qrs(m)
1888                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%nrs ) )                       &
1889                         surf_h(0)%nrs(mm(0))     = surf_usm_h%nrs(m)
1890                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%ol ) )                        &
1891                         surf_h(0)%ol(mm(0))      = surf_usm_h%ol(m)
1892                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%rib ) )                       &
1893                         surf_h(0)%rib(mm(0))     = surf_usm_h%rib(m)
1894                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%usws ) )                      &
1895                         surf_h(0)%usws(mm(0))    = surf_usm_h%usws(m)
1896                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%vsws ) )                      &
1897                         surf_h(0)%vsws(mm(0))    = surf_usm_h%vsws(m)
1898                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%shf ) )                       &
1899                         surf_h(0)%shf(mm(0))     = surf_usm_h%shf(m)
1900                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%qsws ) )                      &
1901                         surf_h(0)%qsws(mm(0))    = surf_usm_h%qsws(m)
1902                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%ssws ) )                      &
1903                         surf_h(0)%ssws(mm(0))    = surf_usm_h%ssws(m)
1904                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%ncsws ) )                     &
1905                         surf_h(0)%ncsws(mm(0))   = surf_usm_h%ncsws(m)
1906                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%nrsws ) )                     &
1907                         surf_h(0)%nrsws(mm(0))   = surf_usm_h%nrsws(m)
1908                      IF ( ALLOCATED( surf_usm_h%sasws ) )                     &
1909                        surf_h(0)%sasws(mm(0))   = surf_usm_h%sasws(m)
1910               
1911                      mm(0) = mm(0) + 1
1912             
1913                   ENDDO
1914
1915
1916                ENDIF
1917
1918             ENDDO
1919
1920          ENDDO
1921          IF ( l == 0 )  THEN
1922             surf_h(l)%start_index = MAX( surf_def_h(l)%start_index,           &
1923                                          surf_lsm_h%start_index,              &
1924                                          surf_usm_h%start_index )
1925             surf_h(l)%end_index   = MAX( surf_def_h(l)%end_index,             &
1926                                          surf_lsm_h%end_index,                &
1927                                          surf_usm_h%end_index )
1928          ELSE
1929             surf_h(l)%start_index = surf_def_h(l)%start_index
1930             surf_h(l)%end_index   = surf_def_h(l)%end_index
1931          ENDIF
1932       ENDDO
1933
1934
1935       mm(0:3) = 1
1936       DO  l = 0, 3
1937          DO  i = nxl, nxr
1938             DO  j = nys, nyn
1939                DO  m = surf_def_v(l)%start_index(j,i),                        &
1940                        surf_def_v(l)%end_index(j,i)
1941                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%us ) )                        &
1942                      surf_v(l)%us(mm(l))      = surf_def_v(l)%us(m)
1943                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%ts ) )                        &
1944                      surf_v(l)%ts(mm(l))      = surf_def_v(l)%ts(m)
1945                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%qs ) )                        &
1946                      surf_v(l)%qs(mm(l))      = surf_def_v(l)%qs(m)
1947                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%ss ) )                        &
1948                      surf_v(l)%ss(mm(l))      = surf_def_v(l)%ss(m)
1949                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%qcs ) )                       &
1950                      surf_v(l)%qcs(mm(l))     = surf_def_v(l)%qcs(m)
1951                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%ncs ) )                       &
1952                      surf_v(l)%ncs(mm(l))     = surf_def_v(l)%ncs(m)
1953                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%qrs ) )                       &
1954                      surf_v(l)%qrs(mm(l))     = surf_def_v(l)%qrs(m)
1955                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%nrs ) )                       &
1956                      surf_v(l)%nrs(mm(l))     = surf_def_v(l)%nrs(m)
1957                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%ol ) )                        &
1958                      surf_v(l)%ol(mm(l))      = surf_def_v(l)%ol(m)
1959                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%rib ) )                       &
1960                      surf_v(l)%rib(mm(l))     = surf_def_v(l)%rib(m)
1961                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%shf ) )                       &
1962                      surf_v(l)%shf(mm(l))     = surf_def_v(l)%shf(m)
1963                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%qsws ) )                      &
1964                      surf_v(l)%qsws(mm(l))    = surf_def_v(l)%qsws(m)
1965                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%ssws ) )                      &
1966                      surf_v(l)%ssws(mm(l))    = surf_def_v(l)%ssws(m)
1967                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%ncsws ) )                     &
1968                      surf_v(l)%ncsws(mm(l))   = surf_def_v(l)%ncsws(m)
1969                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%nrsws ) )                     &
1970                      surf_v(l)%nrsws(mm(l))   = surf_def_v(l)%nrsws(m)
1971                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%sasws ) )                     &
1972                      surf_v(l)%sasws(mm(l))   = surf_def_v(l)%sasws(m)
1973                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%mom_flux_uv) )                &
1974                      surf_v(l)%mom_flux_uv(mm(l))  = surf_def_v(l)%mom_flux_uv(m)
1975                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%mom_flux_w) )                 &
1976                      surf_v(l)%mom_flux_w(mm(l))   = surf_def_v(l)%mom_flux_w(m)
1977                   IF ( ALLOCATED( surf_def_v(l)%mom_flux_tke) )               &
1978                      surf_v(l)%mom_flux_tke(0:1,mm(l)) = surf_def_v(l)%mom_flux_tke(0:1,m)
1979               
1980                   mm(l) = mm(l) + 1
1981                ENDDO
1982
1983                DO  m = surf_lsm_v(l)%start_index(j,i),                        &
1984                        surf_lsm_v(l)%end_index(j,i)
1985                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%us ) )                        &
1986                      surf_v(l)%us(mm(l))      = surf_lsm_v(l)%us(m)
1987                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%ts ) )                        &
1988                      surf_v(l)%ts(mm(l))      = surf_lsm_v(l)%ts(m)
1989                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%qs ) )                        &
1990                      surf_v(l)%qs(mm(l))      = surf_lsm_v(l)%qs(m)
1991                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%ss ) )                        &
1992                      surf_v(l)%ss(mm(l))      = surf_lsm_v(l)%ss(m)
1993                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%qcs ) )                       &
1994                      surf_v(l)%qcs(mm(l))     = surf_lsm_v(l)%qcs(m)
1995                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%ncs ) )                       &
1996                      surf_v(l)%ncs(mm(l))     = surf_lsm_v(l)%ncs(m)
1997                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%qrs ) )                       &
1998                      surf_v(l)%qrs(mm(l))     = surf_lsm_v(l)%qrs(m)
1999                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%nrs ) )                       &
2000                      surf_v(l)%nrs(mm(l))     = surf_lsm_v(l)%nrs(m)
2001                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%ol ) )                        &
2002                      surf_v(l)%ol(mm(l))      = surf_lsm_v(l)%ol(m)
2003                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%rib ) )                       &
2004                      surf_v(l)%rib(mm(l))     = surf_lsm_v(l)%rib(m)
2005                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%usws ) )                      &
2006                      surf_v(l)%usws(mm(l))    = surf_lsm_v(l)%usws(m)
2007                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%vsws ) )                      &
2008                      surf_v(l)%vsws(mm(l))    = surf_lsm_v(l)%vsws(m)
2009                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%shf ) )                       &
2010                      surf_v(l)%shf(mm(l))     = surf_lsm_v(l)%shf(m)
2011                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%qsws ) )                      &
2012                      surf_v(l)%qsws(mm(l))    = surf_lsm_v(l)%qsws(m)
2013                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%ssws ) )                      &
2014                      surf_v(l)%ssws(mm(l))    = surf_lsm_v(l)%ssws(m)
2015                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%ncsws ) )                     &
2016                      surf_v(l)%ncsws(mm(l))   = surf_lsm_v(l)%ncsws(m)
2017                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%nrsws ) )                     &
2018                      surf_v(l)%nrsws(mm(l))   = surf_lsm_v(l)%nrsws(m)
2019                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%sasws ) )                     &
2020                      surf_v(l)%sasws(mm(l))   = surf_lsm_v(l)%sasws(m)
2021                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%mom_flux_uv) )                &
2022                      surf_v(l)%mom_flux_uv(mm(l))  = surf_lsm_v(l)%mom_flux_uv(m)
2023                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%mom_flux_w) )                 &
2024                      surf_v(l)%mom_flux_w(mm(l))   = surf_lsm_v(l)%mom_flux_w(m)
2025                   IF ( ALLOCATED( surf_lsm_v(l)%mom_flux_tke) )               &
2026                      surf_v(l)%mom_flux_tke(0:1,mm(l)) = surf_lsm_v(l)%mom_flux_tke(0:1,m)
2027               
2028                   mm(l) = mm(l) + 1
2029                ENDDO
2030
2031                DO  m = surf_usm_v(l)%start_index(j,i),                        &
2032                        surf_usm_v(l)%end_index(j,i)
2033                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%us ) )                        &
2034                      surf_v(l)%us(mm(l))      = surf_usm_v(l)%us(m)
2035                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%ts ) )                        &
2036                      surf_v(l)%ts(mm(l))      = surf_usm_v(l)%ts(m)
2037                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%qs ) )                        &
2038                      surf_v(l)%qs(mm(l))      = surf_usm_v(l)%qs(m)
2039                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%ss ) )                        &
2040                      surf_v(l)%ss(mm(l))      = surf_usm_v(l)%ss(m)
2041                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%qcs ) )                       &
2042                      surf_v(l)%qcs(mm(l))     = surf_usm_v(l)%qcs(m)
2043                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%ncs ) )                       &
2044                      surf_v(l)%ncs(mm(l))     = surf_usm_v(l)%ncs(m)
2045                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%qrs ) )                       &
2046                      surf_v(l)%qrs(mm(l))     = surf_usm_v(l)%qrs(m)
2047                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%nrs ) )                       &
2048                      surf_v(l)%nrs(mm(l))     = surf_usm_v(l)%nrs(m)
2049                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%ol ) )                        &
2050                      surf_v(l)%ol(mm(l))      = surf_usm_v(l)%ol(m)
2051                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%rib ) )                       &
2052                      surf_v(l)%rib(mm(l))     = surf_usm_v(l)%rib(m)
2053                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%usws ) )                      &
2054                      surf_v(l)%usws(mm(l))    = surf_usm_v(l)%usws(m)
2055                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%vsws ) )                      &
2056                      surf_v(l)%vsws(mm(l))    = surf_usm_v(l)%vsws(m)
2057                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%shf ) )                       &
2058                      surf_v(l)%shf(mm(l))     = surf_usm_v(l)%shf(m)
2059                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%qsws ) )                      &
2060                      surf_v(l)%qsws(mm(l))    = surf_usm_v(l)%qsws(m)
2061                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%ssws ) )                      &
2062                      surf_v(l)%ssws(mm(l))    = surf_usm_v(l)%ssws(m)
2063                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%ncsws ) )                     &
2064                      surf_v(l)%ncsws(mm(l))   = surf_usm_v(l)%ncsws(m)
2065                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%nrsws ) )                     &
2066                      surf_v(l)%nrsws(mm(l))   = surf_usm_v(l)%nrsws(m)
2067                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%sasws ) )                     &
2068                      surf_v(l)%sasws(mm(l))   = surf_usm_v(l)%sasws(m)
2069                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%mom_flux_uv) )                &
2070                      surf_v(l)%mom_flux_uv(mm(l))  = surf_usm_v(l)%mom_flux_uv(m)
2071                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%mom_flux_w) )                 &
2072                      surf_v(l)%mom_flux_w(mm(l))   = surf_usm_v(l)%mom_flux_w(m)
2073                   IF ( ALLOCATED( surf_usm_v(l)%mom_flux_tke) )               &
2074                      surf_v(l)%mom_flux_tke(0:1,mm(l)) = surf_usm_v(l)%mom_flux_tke(0:1,m)
2075               
2076                   mm(l) = mm(l) + 1
2077                ENDDO
2078             
2079             ENDDO
2080          ENDDO
2081!
2082!--       Finally, determine start- and end-index for the respective surface
2083          surf_v(l)%start_index = MAX( surf_def_v(l)%start_index,              &
2084                                       surf_lsm_v(l)%start_index,              &
2085                                       surf_usm_v(l)%start_index )
2086          surf_v(l)%end_index   = MAX( surf_def_v(l)%end_index,                &
2087                                       surf_lsm_v(l)%end_index,                &
2088                                       surf_usm_v(l)%end_index   )
2089       ENDDO
2090
2091       WRITE ( 14 )  'ns_h_on_file                  '
2092       WRITE ( 14 )   ns_h_on_file
2093       WRITE ( 14 )  'ns_v_on_file                  '
2094       WRITE ( 14 )   ns_v_on_file
2095!
2096!--    Write required restart data.
2097!--    Start with horizontal surfaces (upward-, downward-facing, and model top)
2098       DO  l = 0, 2
2099          WRITE( dum, '(I1)')  l
2100         
2101          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%start_index         ' 
2102          WRITE ( 14 )   surf_h(l)%start_index
2103          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%end_index           ' 
2104          WRITE ( 14 )   surf_h(l)%end_index
2105
2106          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%us                  ' 
2107          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%us ) )  THEN
2108             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%us
2109          ENDIF
2110          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%ts                  ' 
2111          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%ts ) )  THEN
2112             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%ts
2113          ENDIF
2114          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%qs                  ' 
2115          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%qs ) )  THEN
2116             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%qs
2117          ENDIF
2118          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%ss                  ' 
2119          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%ss ) )  THEN
2120             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%ss
2121          ENDIF
2122          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%qcs                 '
2123          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%qcs ) )  THEN 
2124             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%qcs
2125          ENDIF
2126          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%ncs                 ' 
2127          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%ncs ) )  THEN
2128             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%ncs
2129          ENDIF
2130          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%qrs                 '
2131          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%qrs ) )  THEN 
2132             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%qrs
2133          ENDIF
2134          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%nrs                 ' 
2135          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%nrs ) )  THEN
2136             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%nrs
2137          ENDIF
2138          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%ol                  ' 
2139          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%ol ) )  THEN
2140             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%ol
2141          ENDIF
2142          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%rib                 ' 
2143          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%rib ) )  THEN
2144             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%rib
2145          ENDIF
2146          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%usws                ' 
2147          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%usws ) )  THEN
2148             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%usws
2149          ENDIF
2150          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%vsws                ' 
2151          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%vsws ) )  THEN
2152             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%vsws
2153          ENDIF
2154          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%shf                 ' 
2155          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%shf ) )  THEN
2156             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%shf
2157          ENDIF
2158          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%qsws                ' 
2159          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%qsws ) )  THEN
2160             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%qsws
2161          ENDIF
2162          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%ssws                ' 
2163          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%ssws ) )  THEN
2164             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%ssws
2165          ENDIF
2166          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%qcsws               ' 
2167          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%qcsws ) )  THEN
2168             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%qcsws
2169          ENDIF
2170          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%ncsws               ' 
2171          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%ncsws ) )  THEN
2172             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%ncsws
2173          ENDIF
2174          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%qrsws               ' 
2175          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%qrsws ) )  THEN
2176             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%qrsws
2177          ENDIF
2178          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%nrsws               ' 
2179          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%nrsws ) )  THEN
2180             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%nrsws
2181          ENDIF
2182          WRITE ( 14 )  'surf_h(' // dum // ')%sasws               ' 
2183          IF ( ALLOCATED ( surf_h(l)%sasws ) )  THEN
2184             WRITE ( 14 )  surf_h(l)%sasws
2185          ENDIF
2186       ENDDO
2187!
2188!--    Write vertical surfaces
2189       DO  l = 0, 3
2190          WRITE( dum, '(I1)')  l
2191
2192          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%start_index         ' 
2193          WRITE ( 14 )   surf_v(l)%start_index
2194          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%end_index           ' 
2195          WRITE ( 14 )   surf_v(l)%end_index
2196
2197          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%us                  ' 
2198          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%us ) )  THEN
2199             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%us
2200          ENDIF
2201          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%ts                  ' 
2202          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%ts ) )  THEN
2203             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%ts
2204          ENDIF
2205          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%qs                  ' 
2206          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%qs ) )  THEN
2207             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%qs
2208          ENDIF
2209          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%ss                  ' 
2210          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%ss ) )  THEN
2211             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%ss
2212          ENDIF
2213          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%qcs                 ' 
2214          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%qcs ) )  THEN
2215             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%qcs
2216          ENDIF
2217          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%ncs                 ' 
2218          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%ncs ) )  THEN
2219             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%ncs
2220          ENDIF
2221          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%qrs                 ' 
2222          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%qrs ) )  THEN
2223             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%qrs
2224          ENDIF
2225          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%nrs                 ' 
2226          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%nrs ) )  THEN
2227             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%nrs
2228          ENDIF
2229          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%ol                  ' 
2230          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%ol ) )  THEN
2231             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%ol
2232          ENDIF
2233          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%rib                 ' 
2234          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%rib ) )  THEN
2235             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%rib
2236          ENDIF
2237          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%shf                 ' 
2238          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%shf ) )  THEN
2239             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%shf
2240          ENDIF
2241          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%qsws                ' 
2242          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%qsws ) )  THEN
2243             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%qsws
2244          ENDIF
2245          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%ssws                ' 
2246          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%ssws ) )  THEN
2247             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%ssws
2248          ENDIF
2249          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%qcsws               ' 
2250          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%qcsws ) )  THEN
2251             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%qcsws
2252          ENDIF
2253          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%ncsws               ' 
2254          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%ncsws ) )  THEN
2255             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%ncsws
2256          ENDIF
2257          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%qrsws               ' 
2258          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%qrsws ) )  THEN
2259             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%qrsws
2260          ENDIF
2261          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%nrsws               ' 
2262          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%nrsws ) )  THEN
2263             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%nrsws
2264          ENDIF
2265          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%sasws               ' 
2266          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%sasws ) )  THEN
2267             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%sasws
2268          ENDIF
2269          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%mom_uv              ' 
2270          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%mom_flux_uv ) )  THEN
2271             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%mom_flux_uv
2272          ENDIF
2273          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%mom_w               ' 
2274          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%mom_flux_w ) )  THEN
2275             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%mom_flux_w
2276          ENDIF
2277          WRITE ( 14 )  'surf_v(' // dum // ')%mom_tke             ' 
2278          IF ( ALLOCATED ( surf_v(l)%mom_flux_tke ) )  THEN
2279             WRITE ( 14 )  surf_v(l)%mom_flux_tke
2280          ENDIF
2281
2282       ENDDO
2283
2284       WRITE ( 14 )  '*** end surf ***              '
2285
2286    END SUBROUTINE surface_write_restart_data
2287
2288
2289!------------------------------------------------------------------------------!
2290! Description:
2291! ------------
2292!> Reads surface-related restart data. Please note, restart data for a certain
2293!> surface orientation (e.g. horizontal upward-facing) is stored in one
2294!> array, even if surface elements may belong to different surface types
2295!> natural or urban for example). Surface elements are redistributed into its
2296!> respective surface types within this routine. This allows e.g. changing the
2297!> surface type after reading the restart data, which might be required in case
2298!> of cyclic_fill mode.
2299!------------------------------------------------------------------------------!
2300    SUBROUTINE surface_read_restart_data( ii,                                  &
2301                                       nxlfa, nxl_on_file, nxrfa, nxr_on_file, &
2302                                       nynfa, nyn_on_file, nysfa, nys_on_file, &
2303                                       offset_xa, offset_ya, overlap_count )
2304
2305       USE pegrid,                                                             &
2306           ONLY: numprocs_previous_run
2307
2308       CHARACTER (LEN=1)  ::  dum         !< dummy to create correct string for reading input variable
2309       CHARACTER (LEN=30) ::  field_chr   !< input variable
2310
2311       INTEGER(iwp)       ::  i           !< running index along x-direction, refers to former domain size
2312       INTEGER(iwp)       ::  ic          !< running index along x-direction, refers to current domain size
2313       INTEGER(iwp)       ::  j           !< running index along y-direction, refers to former domain size
2314       INTEGER(iwp)       ::  jc          !< running index along y-direction, refers to former domain size
2315       INTEGER(iwp)       ::  k           !< running index along z-direction
2316       INTEGER(iwp)       ::  l           !< index variable for surface type
2317       INTEGER(iwp)       ::  m           !< running index for surface elements, refers to gathered array encompassing all surface types
2318       INTEGER(iwp)       ::  mm          !< running index for surface elements, refers to individual surface types
2319
2320       INTEGER(iwp)       ::  ii               !< running index over input files
2321       INTEGER(iwp)       ::  kk               !< running index over previous input files covering current local domain
2322       INTEGER(iwp)       ::  nxlc             !< index of left boundary on current subdomain
2323       INTEGER(iwp)       ::  nxlf             !< index of left boundary on former subdomain
2324       INTEGER(iwp)       ::  nxl_on_file      !< index of left boundary on former local domain
2325       INTEGER(iwp)       ::  nxrc             !< index of right boundary on current subdomain
2326       INTEGER(iwp)       ::  nxrf             !< index of right boundary on former subdomain
2327       INTEGER(iwp)       ::  nxr_on_file      !< index of right boundary on former local domain 
2328       INTEGER(iwp)       ::  nync             !< index of north boundary on current subdomain
2329       INTEGER(iwp)       ::  nynf             !< index of north boundary on former subdomain
2330       INTEGER(iwp)       ::  nyn_on_file      !< index of norht boundary on former local domain 
2331       INTEGER(iwp)       ::  nysc             !< index of south boundary on current subdomain
2332       INTEGER(iwp)       ::  nysf             !< index of south boundary on former subdomain
2333       INTEGER(iwp)       ::  nys_on_file      !< index of south boundary on former local domain 
2334       INTEGER(iwp)       ::  overlap_count    !< number of overlaps
2335 
2336       INTEGER(iwp), DIMENSION(numprocs_previous_run,1000) ::  nxlfa       !<
2337       INTEGER(iwp), DIMENSION(numprocs_previous_run,1000) ::  nxrfa       !<
2338       INTEGER(iwp), DIMENSION(numprocs_previous_run,1000) ::  nynfa       !<
2339       INTEGER(iwp), DIMENSION(numprocs_previous_run,1000) ::  nysfa       !<
2340       INTEGER(iwp), DIMENSION(numprocs_previous_run,1000) ::  offset_xa   !<
2341       INTEGER(iwp), DIMENSION(numprocs_previous_run,1000) ::  offset_ya   !<
2342
2343
2344       LOGICAL                         ::  horizontal_surface !< flag indicating horizontal surfaces
2345       LOGICAL                         ::  surf_match_def     !< flag indicating that surface element is of default type
2346       LOGICAL                         ::  surf_match_lsm     !< flag indicating that surface element is of natural type
2347       LOGICAL                         ::  surf_match_usm     !< flag indicating that surface element is of urban type
2348       LOGICAL                         ::  vertical_surface   !< flag indicating vertical surfaces
2349
2350       TYPE(surf_type), DIMENSION(0:2) ::  surf_h             !< horizontal surface type on file
2351       TYPE(surf_type), DIMENSION(0:3) ::  surf_v             !< vertical surface type on file
2352
2353!
2354!--    Read number of respective surface elements on file
2355       READ ( 13 )  field_chr
2356       IF ( TRIM( field_chr ) /= 'ns_h_on_file' )  THEN
2357!
2358!--       Add a proper error message
2359       ENDIF
2360       READ ( 13 ) ns_h_on_file
2361
2362       READ ( 13 )  field_chr
2363       IF ( TRIM( field_chr ) /= 'ns_v_on_file' )  THEN
2364!
2365!--       Add a proper error message
2366       ENDIF
2367       READ ( 13 ) ns_v_on_file
2368!
2369!--    Allocate memory for number of surface elements on file. Please note,
2370!--    these number is not necessarily the same as the final number of surface
2371!--    elements on local domain, which is the case if processor topology changes
2372!--    during restart runs.
2373!--    Horizontal upward facing
2374       surf_h(0)%ns = ns_h_on_file(0)
2375       CALL allocate_surface_attributes_h( surf_h(0),                          &
2376                                           nys_on_file, nyn_on_file,           &
2377                                           nxl_on_file, nxr_on_file )
2378!
2379!--    Horizontal downward facing
2380       surf_h(1)%ns = ns_h_on_file(1)
2381       CALL allocate_surface_attributes_h( surf_h(1),                          &
2382                                           nys_on_file, nyn_on_file,           &
2383                                           nxl_on_file, nxr_on_file )
2384!
2385!--    Model top
2386       surf_h(2)%ns = ns_h_on_file(2)
2387       CALL allocate_surface_attributes_h_top( surf_h(2),                      &
2388                                               nys_on_file, nyn_on_file,       &
2389                                               nxl_on_file, nxr_on_file )
2390!
2391!--    Vertical surfaces
2392       DO  l = 0, 3
2393          surf_v(l)%ns = ns_v_on_file(l)
2394          CALL allocate_surface_attributes_v( surf_v(l), .FALSE.,              &
2395                                              nys_on_file, nyn_on_file,        &
2396                                              nxl_on_file, nxr_on_file )
2397       ENDDO
2398
2399       IF ( initializing_actions == 'read_restart_data'  .OR.                  &
2400            initializing_actions == 'cyclic_fill' )  THEN
2401!
2402!--       Initial setting of flags for horizontal and vertical surfaces, will
2403!--       be set after start- and end-indices are read.
2404          horizontal_surface = .FALSE.
2405          vertical_surface   = .FALSE.
2406
2407          READ ( 13 )  field_chr
2408
2409          DO  WHILE ( TRIM( field_chr ) /= '*** end surf ***' )
2410!
2411!--          Map data on file as often as needed (data are read only for k=1)
2412             DO  kk = 1, overlap_count
2413!
2414!--             Get the index range of the subdomain on file which overlap with the
2415!--             current subdomain
2416                nxlf = nxlfa(ii,kk)
2417                nxlc = nxlfa(ii,kk) + offset_xa(ii,kk)
2418                nxrf = nxrfa(ii,kk)
2419                nxrc = nxrfa(ii,kk) + offset_xa(ii,kk)
2420                nysf = nysfa(ii,kk)
2421                nysc = nysfa(ii,kk) + offset_ya(ii,kk)
2422                nynf = nynfa(ii,kk)
2423                nync = nynfa(ii,kk) + offset_ya(ii,kk)
2424
2425                SELECT CASE ( TRIM( field_chr ) )
2426
2427                   CASE ( 'surf_h(0)%start_index' )
2428                      IF ( kk == 1 )                                           &
2429                         READ ( 13 )  surf_h(0)%start_index
2430                      l = 0
2431                   CASE ( 'surf_h(0)%end_index' )   
2432                      IF ( kk == 1 )                                           &
2433                         READ ( 13 )  surf_h(0)%end_index
2434                      horizontal_surface = .TRUE.
2435                      vertical_surface   = .FALSE.
2436                   CASE ( 'surf_h(0)%us' )         
2437                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%us )  .AND.  kk == 1 )         &
2438                         READ ( 13 )  surf_h(0)%us
2439                   CASE ( 'surf_h(0)%ts' )         
2440                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%ts )  .AND.  kk == 1 )         &
2441                         READ ( 13 )  surf_h(0)%ts
2442                   CASE ( 'surf_h(0)%qs' )         
2443                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%qs )  .AND.  kk == 1 )         &
2444                         READ ( 13 )  surf_h(0)%qs
2445                   CASE ( 'surf_h(0)%ss' )         
2446                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%ss )  .AND.  kk == 1 )         &
2447                         READ ( 13 )  surf_h(0)%ss
2448                   CASE ( 'surf_h(0)%qcs' )         
2449                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%qcs )  .AND.  kk == 1 )        &
2450                         READ ( 13 )  surf_h(0)%qcs
2451                   CASE ( 'surf_h(0)%ncs' )         
2452                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%ncs )  .AND.  kk == 1 )        &
2453                         READ ( 13 )  surf_h(0)%ncs
2454                   CASE ( 'surf_h(0)%qrs' )         
2455                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%qrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2456                         READ ( 13 )  surf_h(0)%qrs
2457                   CASE ( 'surf_h(0)%nrs' )         
2458                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%nrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2459                         READ ( 13 )  surf_h(0)%nrs
2460                   CASE ( 'surf_h(0)%ol' )         
2461                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%ol )  .AND.  kk == 1 )         &
2462                         READ ( 13 )  surf_h(0)%ol
2463                   CASE ( 'surf_h(0)%rib' )         
2464                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%rib )  .AND.  kk == 1 )        &
2465                         READ ( 13 )  surf_h(0)%rib
2466                   CASE ( 'surf_h(0)%usws' )         
2467                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%usws )  .AND.  kk == 1 )       &
2468                         READ ( 13 )  surf_h(0)%usws
2469                   CASE ( 'surf_h(0)%vsws' )         
2470                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%vsws )  .AND.  kk == 1 )       &
2471                         READ ( 13 )  surf_h(0)%vsws
2472                   CASE ( 'surf_h(0)%shf' )         
2473                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%shf )  .AND.  kk == 1 )        &
2474                         READ ( 13 )  surf_h(0)%shf
2475                   CASE ( 'surf_h(0)%qsws' )         
2476                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%qsws )  .AND.  kk == 1 )       &
2477                         READ ( 13 )  surf_h(0)%qsws
2478                   CASE ( 'surf_h(0)%ssws' )         
2479                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%ssws )  .AND.  kk == 1 )       &
2480                         READ ( 13 )  surf_h(0)%ssws
2481                   CASE ( 'surf_h(0)%qcsws' )         
2482                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%qcsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2483                         READ ( 13 )  surf_h(0)%qcsws
2484                   CASE ( 'surf_h(0)%ncsws' )         
2485                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%ncsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2486                         READ ( 13 )  surf_h(0)%ncsws
2487                   CASE ( 'surf_h(0)%qrsws' )         
2488                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%qrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2489                         READ ( 13 )  surf_h(0)%qrsws
2490                   CASE ( 'surf_h(0)%nrsws' )         
2491                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%nrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2492                         READ ( 13 )  surf_h(0)%nrsws
2493                   CASE ( 'surf_h(0)%sasws' )         
2494                      IF ( ALLOCATED( surf_h(0)%sasws )  .AND.  kk == 1 )      &
2495                         READ ( 13 )  surf_h(0)%sasws
2496
2497                   CASE ( 'surf_h(1)%start_index' )   
2498                      IF ( kk == 1 )                                           &
2499                         READ ( 13 )  surf_h(1)%start_index
2500                      l = 1
2501                   CASE ( 'surf_h(1)%end_index' )   
2502                      IF ( kk == 1 )                                           &
2503                         READ ( 13 )  surf_h(1)%end_index
2504                   CASE ( 'surf_h(1)%us' )         
2505                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%us )  .AND.  kk == 1 )         &
2506                         READ ( 13 )  surf_h(1)%us
2507                   CASE ( 'surf_h(1)%ts' )         
2508                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%ts )  .AND.  kk == 1 )         &
2509                         READ ( 13 )  surf_h(1)%ts
2510                   CASE ( 'surf_h(1)%qs' )         
2511                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%qs )  .AND.  kk == 1 )         &
2512                         READ ( 13 )  surf_h(1)%qs
2513                   CASE ( 'surf_h(1)%ss' )         
2514                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%ss )  .AND.  kk == 1 )         &
2515                         READ ( 13 )  surf_h(1)%ss
2516                   CASE ( 'surf_h(1)%qcs' )         
2517                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%qcs )  .AND.  kk == 1 )        &
2518                         READ ( 13 )  surf_h(1)%qcs
2519                   CASE ( 'surf_h(1)%ncs' )         
2520                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%ncs )  .AND.  kk == 1 )        &
2521                         READ ( 13 )  surf_h(1)%ncs
2522                   CASE ( 'surf_h(1)%qrs' )         
2523                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%qrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2524                         READ ( 13 )  surf_h(1)%qrs
2525                   CASE ( 'surf_h(1)%nrs' )         
2526                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%nrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2527                         READ ( 13 )  surf_h(1)%nrs
2528                   CASE ( 'surf_h(1)%ol' )         
2529                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%ol )  .AND.  kk == 1 )         &
2530                         READ ( 13 )  surf_h(1)%ol
2531                   CASE ( 'surf_h(1)%rib' )         
2532                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%rib )  .AND.  kk == 1 )        &
2533                         READ ( 13 )  surf_h(1)%rib
2534                   CASE ( 'surf_h(1)%usws' )         
2535                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%usws )  .AND.  kk == 1 )       &
2536                         READ ( 13 )  surf_h(1)%usws
2537                   CASE ( 'surf_h(1)%vsws' )         
2538                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%vsws )  .AND.  kk == 1 )       &
2539                         READ ( 13 )  surf_h(1)%vsws
2540                   CASE ( 'surf_h(1)%shf' )         
2541                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%shf )  .AND.  kk == 1 )        &
2542                         READ ( 13 )  surf_h(1)%shf
2543                   CASE ( 'surf_h(1)%qsws' )         
2544                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%qsws )  .AND.  kk == 1 )       &
2545                         READ ( 13 )  surf_h(1)%qsws
2546                   CASE ( 'surf_h(1)%ssws' )         
2547                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%ssws )  .AND.  kk == 1 )       &
2548                         READ ( 13 )  surf_h(1)%ssws
2549                   CASE ( 'surf_h(1)%qcsws' )         
2550                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%qcsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2551                         READ ( 13 )  surf_h(1)%qcsws
2552                   CASE ( 'surf_h(1)%ncsws' )         
2553                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%ncsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2554                         READ ( 13 )  surf_h(1)%ncsws
2555                   CASE ( 'surf_h(1)%qrsws' )         
2556                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%qrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2557                         READ ( 13 )  surf_h(1)%qrsws
2558                   CASE ( 'surf_h(1)%nrsws' )         
2559                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%nrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2560                         READ ( 13 )  surf_h(1)%nrsws
2561                   CASE ( 'surf_h(1)%sasws' )         
2562                      IF ( ALLOCATED( surf_h(1)%sasws )  .AND.  kk == 1 )      &
2563                         READ ( 13 )  surf_h(1)%sasws
2564
2565                   CASE ( 'surf_h(2)%start_index' )   
2566                      IF ( kk == 1 )                                           &
2567                         READ ( 13 )  surf_h(2)%start_index
2568                      l = 2
2569                   CASE ( 'surf_h(2)%end_index' )   
2570                      IF ( kk == 1 )                                           &
2571                         READ ( 13 )  surf_h(2)%end_index
2572                   CASE ( 'surf_h(2)%us' )         
2573                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%us )  .AND.  kk == 1 )         &
2574                         READ ( 13 )  surf_h(2)%us
2575                   CASE ( 'surf_h(2)%ts' )         
2576                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%ts )  .AND.  kk == 1 )         &
2577                         READ ( 13 )  surf_h(2)%ts
2578                   CASE ( 'surf_h(2)%qs' )       
2579                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%qs )  .AND.  kk == 1 )         &
2580                         READ ( 13 )  surf_h(2)%qs
2581                   CASE ( 'surf_h(2)%ss' )         
2582                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%ss )  .AND.  kk == 1 )         &
2583                         READ ( 13 )  surf_h(2)%ss
2584                   CASE ( 'surf_h(2)%qcs' )         
2585                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%qcs )  .AND.  kk == 1 )        &
2586                         READ ( 13 )  surf_h(2)%qcs
2587                   CASE ( 'surf_h(2)%ncs' )         
2588                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%ncs )  .AND.  kk == 1 )        &
2589                         READ ( 13 )  surf_h(2)%ncs
2590                   CASE ( 'surf_h(2)%qrs' )         
2591                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%qrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2592                         READ ( 13 )  surf_h(2)%qrs
2593                   CASE ( 'surf_h(2)%nrs' )         
2594                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%nrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2595                         READ ( 13 )  surf_h(2)%nrs
2596                   CASE ( 'surf_h(2)%ol' )         
2597                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%ol )  .AND.  kk == 1 )         &
2598                         READ ( 13 )  surf_h(2)%ol
2599                   CASE ( 'surf_h(2)%rib' )         
2600                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%rib )  .AND.  kk == 1 )        &
2601                         READ ( 13 )  surf_h(2)%rib
2602                   CASE ( 'surf_h(2)%usws' )         
2603                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%usws )  .AND.  kk == 1 )       &
2604                         READ ( 13 )  surf_h(2)%usws
2605                   CASE ( 'surf_h(2)%vsws' )         
2606                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%vsws )  .AND.  kk == 1 )       &
2607                         READ ( 13 )  surf_h(2)%vsws
2608                   CASE ( 'surf_h(2)%shf' )         
2609                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%shf )  .AND.  kk == 1 )        &
2610                         READ ( 13 )  surf_h(2)%shf
2611                   CASE ( 'surf_h(2)%qsws' )         
2612                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%qsws )  .AND.  kk == 1 )       &
2613                         READ ( 13 )  surf_h(2)%qsws
2614                   CASE ( 'surf_h(2)%ssws' )         
2615                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%ssws )  .AND.  kk == 1 )       &
2616                         READ ( 13 )  surf_h(2)%ssws
2617                   CASE ( 'surf_h(2)%qcsws' )         
2618                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%qcsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2619                         READ ( 13 )  surf_h(2)%qcsws
2620                   CASE ( 'surf_h(2)%ncsws' )         
2621                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%ncsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2622                         READ ( 13 )  surf_h(2)%ncsws
2623                   CASE ( 'surf_h(2)%qrsws' )         
2624                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%qrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2625                         READ ( 13 )  surf_h(2)%qrsws
2626                   CASE ( 'surf_h(2)%nrsws' )         
2627                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%nrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2628                         READ ( 13 )  surf_h(2)%nrsws
2629                   CASE ( 'surf_h(2)%sasws' )         
2630                      IF ( ALLOCATED( surf_h(2)%sasws )  .AND.  kk == 1 )      &
2631                         READ ( 13 )  surf_h(2)%sasws
2632
2633                   CASE ( 'surf_v(0)%start_index' )   
2634                      IF ( kk == 1 )                                           &
2635                         READ ( 13 )  surf_v(0)%start_index
2636                      l = 0
2637                      horizontal_surface = .FALSE.
2638                      vertical_surface   = .TRUE.
2639                   CASE ( 'surf_v(0)%end_index' )   
2640                      IF ( kk == 1 )                                           &
2641                         READ ( 13 )  surf_v(0)%end_index
2642                   CASE ( 'surf_v(0)%us' )         
2643                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%us )  .AND.  kk == 1 )         &
2644                         READ ( 13 )  surf_v(0)%us
2645                   CASE ( 'surf_v(0)%ts' )         
2646                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%ts )  .AND.  kk == 1 )         &
2647                         READ ( 13 )  surf_v(0)%ts
2648                   CASE ( 'surf_v(0)%qs' )         
2649                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%qs )  .AND.  kk == 1 )         &
2650                         READ ( 13 )  surf_v(0)%qs
2651                   CASE ( 'surf_v(0)%ss' )         
2652                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%ss )  .AND.  kk == 1 )         &
2653                         READ ( 13 )  surf_v(0)%ss
2654                   CASE ( 'surf_v(0)%qcs' )         
2655                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%qcs )  .AND.  kk == 1 )        &
2656                         READ ( 13 )  surf_v(0)%qcs
2657                   CASE ( 'surf_v(0)%ncs' )         
2658                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%ncs )  .AND.  kk == 1 )        &
2659                         READ ( 13 )  surf_v(0)%ncs
2660                   CASE ( 'surf_v(0)%qrs' )         
2661                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%qrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2662                         READ ( 13 )  surf_v(0)%qrs
2663                   CASE ( 'surf_v(0)%nrs' )         
2664                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%nrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2665                         READ ( 13 )  surf_v(0)%nrs
2666                   CASE ( 'surf_v(0)%ol' )         
2667                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%ol )  .AND.  kk == 1 )         &
2668                         READ ( 13 )  surf_v(0)%ol
2669                   CASE ( 'surf_v(0)%rib' )         
2670                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%rib )  .AND.  kk == 1 )        &
2671                         READ ( 13 )  surf_v(0)%rib
2672                   CASE ( 'surf_v(0)%shf' )         
2673                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%shf )  .AND.  kk == 1 )        &
2674                         READ ( 13 )  surf_v(0)%shf
2675                   CASE ( 'surf_v(0)%qsws' )         
2676                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%qsws )  .AND.  kk == 1 )       &
2677                         READ ( 13 )  surf_v(0)%qsws
2678                   CASE ( 'surf_v(0)%ssws' )         
2679                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%ssws )  .AND.  kk == 1 )       &
2680                         READ ( 13 )  surf_v(0)%ssws
2681                   CASE ( 'surf_v(0)%qcsws' )         
2682                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%qcsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2683                         READ ( 13 )  surf_v(0)%qcsws
2684                   CASE ( 'surf_v(0)%ncsws' )         
2685                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%ncsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2686                         READ ( 13 )  surf_v(0)%ncsws
2687                   CASE ( 'surf_v(0)%qrsws' )         
2688                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%qrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2689                         READ ( 13 )  surf_v(0)%qrsws
2690                   CASE ( 'surf_v(0)%nrsws' )         
2691                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%nrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2692                         READ ( 13 )  surf_v(0)%nrsws
2693                   CASE ( 'surf_v(0)%sasws' )         
2694                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%sasws )  .AND.  kk == 1 )      &
2695                         READ ( 13 )  surf_v(0)%sasws
2696                   CASE ( 'surf_v(0)%mom_uv' )         
2697                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%mom_flux_uv )  .AND.  kk == 1 )&
2698                         READ ( 13 )  surf_v(0)%mom_flux_uv
2699                   CASE ( 'surf_v(0)%mom_w' )         
2700                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%mom_flux_w )  .AND.  kk == 1 ) &
2701                         READ ( 13 )  surf_v(0)%mom_flux_w
2702                   CASE ( 'surf_v(0)%mom_tke' )         
2703                      IF ( ALLOCATED( surf_v(0)%mom_flux_tke )  .AND.  kk == 1 )&
2704                         READ ( 13 )  surf_v(0)%mom_flux_tke
2705
2706                   CASE ( 'surf_v(1)%start_index' )   
2707                      IF ( kk == 1 )                                           &
2708                         READ ( 13 )  surf_v(1)%start_index
2709                      l = 1
2710                   CASE ( 'surf_v(1)%end_index' )   
2711                      IF ( kk == 1 )                                           &
2712                         READ ( 13 )  surf_v(1)%end_index
2713                   CASE ( 'surf_v(1)%us' )         
2714                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%us )  .AND.  kk == 1 )         &
2715                         READ ( 13 )  surf_v(1)%us
2716                   CASE ( 'surf_v(1)%ts' )         
2717                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%ts )  .AND.  kk == 1 )         &
2718                         READ ( 13 )  surf_v(1)%ts
2719                   CASE ( 'surf_v(1)%qs' )         
2720                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%qs )  .AND.  kk == 1 )         &
2721                         READ ( 13 )  surf_v(1)%qs
2722                   CASE ( 'surf_v(1)%ss' )         
2723                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%ss )  .AND.  kk == 1 )         &
2724                         READ ( 13 )  surf_v(1)%ss
2725                   CASE ( 'surf_v(1)%qcs' )         
2726                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%qcs )  .AND.  kk == 1 )        &
2727                         READ ( 13 )  surf_v(1)%qcs
2728                   CASE ( 'surf_v(1)%ncs' )         
2729                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%ncs )  .AND.  kk == 1 )        &
2730                         READ ( 13 )  surf_v(1)%ncs
2731                   CASE ( 'surf_v(1)%qrs' )         
2732                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%qrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2733                         READ ( 13 )  surf_v(1)%qrs
2734                   CASE ( 'surf_v(1)%nrs' )         
2735                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%nrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2736                         READ ( 13 )  surf_v(1)%nrs
2737                   CASE ( 'surf_v(1)%ol' )         
2738                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%ol )  .AND.  kk == 1 )         &
2739                         READ ( 13 )  surf_v(1)%ol
2740                   CASE ( 'surf_v(1)%rib' )         
2741                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%rib )  .AND.  kk == 1 )        &
2742                         READ ( 13 )  surf_v(1)%rib
2743                   CASE ( 'surf_v(1)%shf' )         
2744                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%shf )  .AND.  kk == 1 )        &
2745                         READ ( 13 )  surf_v(1)%shf
2746                   CASE ( 'surf_v(1)%qsws' )         
2747                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%qsws )  .AND.  kk == 1 )       &
2748                         READ ( 13 )  surf_v(1)%qsws
2749                   CASE ( 'surf_v(1)%ssws' )         
2750                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%ssws )  .AND.  kk == 1 )       &
2751                         READ ( 13 )  surf_v(1)%ssws
2752                   CASE ( 'surf_v(1)%qcsws' )         
2753                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%qcsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2754                         READ ( 13 )  surf_v(1)%qcsws
2755                   CASE ( 'surf_v(1)%ncsws' )         
2756                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%ncsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2757                         READ ( 13 )  surf_v(1)%ncsws
2758                   CASE ( 'surf_v(1)%qrsws' )         
2759                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%qrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2760                         READ ( 13 )  surf_v(1)%qrsws
2761                   CASE ( 'surf_v(1)%nrsws' )         
2762                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%nrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2763                         READ ( 13 )  surf_v(1)%nrsws
2764                   CASE ( 'surf_v(1)%sasws' )         
2765                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%sasws )  .AND.  kk == 1 )      &
2766                         READ ( 13 )  surf_v(1)%sasws
2767                   CASE ( 'surf_v(1)%mom_uv' )         
2768                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%mom_flux_uv )  .AND.  kk == 1 )&
2769                         READ ( 13 )  surf_v(1)%mom_flux_uv
2770                   CASE ( 'surf_v(1)%mom_w' )         
2771                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%mom_flux_w )  .AND.  kk == 1 ) &
2772                         READ ( 13 )  surf_v(1)%mom_flux_w
2773                   CASE ( 'surf_v(1)%mom_tke' )         
2774                      IF ( ALLOCATED( surf_v(1)%mom_flux_tke )  .AND.  kk == 1 )&
2775                         READ ( 13 )  surf_v(1)%mom_flux_tke
2776
2777                   CASE ( 'surf_v(2)%start_index' )   
2778                      IF ( kk == 1 )                                           &
2779                         READ ( 13 )  surf_v(2)%start_index
2780                      l = 2
2781                   CASE ( 'surf_v(2)%end_index' )   
2782                      IF ( kk == 1 )                                           &
2783                         READ ( 13 )  surf_v(2)%end_index
2784                   CASE ( 'surf_v(2)%us' )         
2785                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%us )  .AND.  kk == 1 )         &
2786                         READ ( 13 )  surf_v(2)%us
2787                   CASE ( 'surf_v(2)%ts' )         
2788                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%ts )  .AND.  kk == 1 )         &
2789                         READ ( 13 )  surf_v(2)%ts
2790                   CASE ( 'surf_v(2)%qs' )         
2791                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%qs )  .AND.  kk == 1 )         &
2792                         READ ( 13 )  surf_v(2)%qs
2793                   CASE ( 'surf_v(2)%ss' )         
2794                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%ss )  .AND.  kk == 1 )         &
2795                         READ ( 13 )  surf_v(2)%ss
2796                   CASE ( 'surf_v(2)%qcs' )         
2797                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%qcs )  .AND.  kk == 1 )        &
2798                         READ ( 13 )  surf_v(2)%qcs
2799                   CASE ( 'surf_v(2)%ncs' )         
2800                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%ncs )  .AND.  kk == 1 )        &
2801                         READ ( 13 )  surf_v(2)%ncs
2802                   CASE ( 'surf_v(2)%qrs' )         
2803                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%qrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2804                         READ ( 13 )  surf_v(2)%qrs
2805                   CASE ( 'surf_v(2)%nrs' )         
2806                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%nrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2807                         READ ( 13 )  surf_v(2)%nrs
2808                   CASE ( 'surf_v(2)%ol' )         
2809                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%ol )  .AND.  kk == 1 )         &
2810                         READ ( 13 )  surf_v(2)%ol
2811                   CASE ( 'surf_v(2)%rib' )         
2812                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%rib )  .AND.  kk == 1 )        &
2813                         READ ( 13 )  surf_v(2)%rib
2814                   CASE ( 'surf_v(2)%shf' )         
2815                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%shf )  .AND.  kk == 1 )        &
2816                         READ ( 13 )  surf_v(2)%shf
2817                   CASE ( 'surf_v(2)%qsws' )         
2818                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%qsws )  .AND.  kk == 1 )       &
2819                         READ ( 13 )  surf_v(2)%qsws
2820                   CASE ( 'surf_v(2)%ssws' )         
2821                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%ssws )  .AND.  kk == 1 )       &
2822                         READ ( 13 )  surf_v(2)%ssws
2823                   CASE ( 'surf_v(2)%qcsws' )         
2824                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%qcsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2825                         READ ( 13 )  surf_v(2)%qcsws
2826                   CASE ( 'surf_v(2)%ncsws' )         
2827                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%ncsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2828                         READ ( 13 )  surf_v(2)%ncsws
2829                   CASE ( 'surf_v(2)%qrsws' )         
2830                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%qrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2831                         READ ( 13 )  surf_v(2)%qrsws
2832                   CASE ( 'surf_v(2)%nrsws' )         
2833                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%nrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2834                         READ ( 13 )  surf_v(2)%nrsws
2835                   CASE ( 'surf_v(2)%sasws' )         
2836                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%sasws )  .AND.  kk == 1 )      &
2837                         READ ( 13 )  surf_v(2)%sasws
2838                   CASE ( 'surf_v(2)%mom_uv' )         
2839                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%mom_flux_uv )  .AND.  kk == 1 )&
2840                         READ ( 13 )  surf_v(2)%mom_flux_uv
2841                   CASE ( 'surf_v(2)%mom_w' )         
2842                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%mom_flux_w )  .AND.  kk == 1 ) &
2843                         READ ( 13 )  surf_v(2)%mom_flux_w
2844                   CASE ( 'surf_v(2)%mom_tke' )         
2845                      IF ( ALLOCATED( surf_v(2)%mom_flux_tke )  .AND.  kk == 1 )&
2846                         READ ( 13 )  surf_v(2)%mom_flux_tke
2847
2848                   CASE ( 'surf_v(3)%start_index' )   
2849                      IF ( kk == 1 )                                           &
2850                         READ ( 13 )  surf_v(3)%start_index
2851                      l = 3
2852                   CASE ( 'surf_v(3)%end_index' )   
2853                      IF ( kk == 1 )                                           &
2854                         READ ( 13 )  surf_v(3)%end_index
2855                   CASE ( 'surf_v(3)%us' )         
2856                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%us )  .AND.  kk == 1 )         &
2857                         READ ( 13 )  surf_v(3)%us
2858                   CASE ( 'surf_v(3)%ts' )         
2859                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%ts )  .AND.  kk == 1 )         &
2860                         READ ( 13 )  surf_v(3)%ts
2861                   CASE ( 'surf_v(3)%qs' )       
2862                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%qs )  .AND.  kk == 1 )         &
2863                         READ ( 13 )  surf_v(3)%qs
2864                   CASE ( 'surf_v(3)%ss' )         
2865                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%ss )  .AND.  kk == 1 )         &
2866                         READ ( 13 )  surf_v(3)%ss
2867                   CASE ( 'surf_v(3)%qcs' )         
2868                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%qcs )  .AND.  kk == 1 )        &
2869                         READ ( 13 )  surf_v(3)%qcs
2870                   CASE ( 'surf_v(3)%ncs' )         
2871                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%ncs )  .AND.  kk == 1 )        &
2872                         READ ( 13 )  surf_v(3)%ncs
2873                   CASE ( 'surf_v(3)%qrs' )         
2874                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%qrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2875                         READ ( 13 )  surf_v(3)%qrs
2876                   CASE ( 'surf_v(3)%nrs' )         
2877                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%nrs )  .AND.  kk == 1 )        &
2878                         READ ( 13 )  surf_v(3)%nrs
2879                   CASE ( 'surf_v(3)%ol' )         
2880                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%ol )  .AND.  kk == 1 )         &
2881                         READ ( 13 )  surf_v(3)%ol
2882                   CASE ( 'surf_v(3)%rib' )         
2883                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%rib )  .AND.  kk == 1 )        &
2884                         READ ( 13 )  surf_v(3)%rib
2885                   CASE ( 'surf_v(3)%shf' )         
2886                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%shf )  .AND.  kk == 1 )        &
2887                         READ ( 13 )  surf_v(3)%shf
2888                   CASE ( 'surf_v(3)%qsws' )         
2889                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%qsws )  .AND.  kk == 1 )       &
2890                         READ ( 13 )  surf_v(3)%qsws
2891                   CASE ( 'surf_v(3)%ssws' )         
2892                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%ssws )  .AND.  kk == 1 )       &
2893                         READ ( 13 )  surf_v(3)%ssws
2894                   CASE ( 'surf_v(3)%qcsws' )         
2895                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%qcsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2896                         READ ( 13 )  surf_v(3)%qcsws
2897                   CASE ( 'surf_v(3)%ncsws' )         
2898                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%ncsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2899                         READ ( 13 )  surf_v(3)%ncsws
2900                   CASE ( 'surf_v(3)%qrsws' )         
2901                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%qrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2902                         READ ( 13 )  surf_v(3)%qrsws
2903                   CASE ( 'surf_v(3)%nrsws' )         
2904                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%nrsws )  .AND.  kk == 1 )      &
2905                         READ ( 13 )  surf_v(3)%nrsws
2906                   CASE ( 'surf_v(3)%sasws' )         
2907                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%sasws )  .AND.  kk == 1 )      &
2908                         READ ( 13 )  surf_v(3)%sasws
2909                   CASE ( 'surf_v(3)%mom_uv' )         
2910                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%mom_flux_uv )  .AND.  kk == 1 )&
2911                         READ ( 13 )  surf_v(3)%mom_flux_uv
2912                   CASE ( 'surf_v(3)%mom_w' )         
2913                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%mom_flux_w )  .AND.  kk == 1 ) &
2914                         READ ( 13 )  surf_v(3)%mom_flux_w
2915                   CASE ( 'surf_v(3)%mom_tke' )         
2916                      IF ( ALLOCATED( surf_v(3)%mom_flux_tke )  .AND.  kk == 1 )&
2917                         READ ( 13 )  surf_v(3)%mom_flux_tke
2918
2919                END SELECT
2920!
2921!--             Redistribute surface elements on its respective type.
2922                IF ( horizontal_surface )  THEN
2923                   ic = nxlc
2924                   DO  i = nxlf, nxrf
2925                      jc = nysc
2926                      DO  j = nysf, nynf
2927
2928                         surf_match_def  = surf_def_h(l)%end_index(jc,ic) >=   &
2929                                           surf_def_h(l)%start_index(jc,ic)
2930                         surf_match_lsm  = surf_lsm_h%end_index(jc,ic)    >=   &
2931                                           surf_lsm_h%start_index(jc,ic)
2932                         surf_match_usm  = surf_usm_h%end_index(jc,ic)    >=   &
2933                                           surf_usm_h%start_index(jc,ic)
2934
2935                         IF ( surf_match_def )  THEN
2936                            mm = surf_def_h(l)%start_index(jc,ic)
2937                            DO  m = surf_h(l)%start_index(j,i),                &
2938                                    surf_h(l)%end_index(j,i)
2939                               CALL restore_surface_elements( surf_def_h(l),   &
2940                                                              mm, surf_h(l), m )
2941                               mm = mm + 1
2942                            ENDDO
2943                         ENDIF
2944
2945                         IF ( surf_match_lsm )  THEN
2946                            mm = surf_lsm_h%start_index(jc,ic)
2947                            DO  m = surf_h(l)%start_index(j,i),                &
2948                                    surf_h(l)%end_index(j,i)
2949                               CALL restore_surface_elements( surf_lsm_h,      &
2950                                                              mm, surf_h(l), m )
2951                               mm = mm + 1
2952                            ENDDO
2953                         ENDIF
2954
2955                         IF ( surf_match_usm )  THEN
2956                            mm = surf_usm_h%start_index(jc,ic)
2957                            DO  m = surf_h(l)%start_index(j,i),                &
2958                                    surf_h(l)%end_index(j,i)
2959                               CALL restore_surface_elements( surf_usm_h,      &
2960                                                              mm, surf_h(l), m )
2961                               mm = mm + 1
2962                            ENDDO
2963                         ENDIF
2964
2965                         jc = jc + 1
2966                      ENDDO
2967                      ic = ic + 1
2968                   ENDDO
2969                ELSEIF ( vertical_surface )  THEN
2970                   ic = nxlc
2971                   DO  i = nxlf, nxrf
2972                      jc = nysc
2973                      DO  j = nysf, nynf
2974
2975                         surf_match_def  = surf_def_v(l)%end_index(jc,ic) >=   &
2976                                           surf_def_v(l)%start_index(jc,ic)
2977                         surf_match_lsm  = surf_lsm_v(l)%end_index(jc,ic) >=   &
2978                                           surf_lsm_v(l)%start_index(jc,ic)
2979                         surf_match_usm  = surf_usm_v(l)%end_index(jc,ic) >=   &
2980                                           surf_usm_v(l)%start_index(jc,ic)
2981
2982
2983
2984                         IF ( surf_match_def )  THEN
2985                            mm = surf_def_v(l)%start_index(jc,ic)
2986                            DO  m = surf_v(l)%start_index(j,i),                &
2987                                    surf_v(l)%end_index(j,i)
2988                               CALL restore_surface_elements( surf_def_v(l),   &
2989                                                              mm, surf_v(l), m )
2990                               mm = mm + 1
2991                            ENDDO
2992                         ENDIF
2993
2994                         IF ( surf_match_lsm )  THEN
2995                            mm = surf_lsm_v(l)%start_index(jc,ic)
2996                            DO  m = surf_v(l)%start_index(j,i),                &
2997                                    surf_v(l)%end_index(j,i)
2998                               CALL restore_surface_elements( surf_lsm_v(l),   &
2999                                                              mm, surf_v(l), m )
3000                               mm = mm + 1
3001                            ENDDO
3002                         ENDIF
3003   
3004                         IF ( surf_match_usm )  THEN
3005                            mm = surf_usm_v(l)%start_index(jc,ic)
3006                            DO  m = surf_v(l)%start_index(j,i),                &
3007                                    surf_v(l)%end_index(j,i)
3008                               CALL restore_surface_elements( surf_usm_v(l),   &
3009                                                              mm, surf_v(l), m )
3010                               mm = mm + 1
3011                            ENDDO
3012                         ENDIF
3013
3014                         jc = jc + 1
3015                      ENDDO
3016                      ic = ic + 1
3017                   ENDDO
3018                ENDIF
3019
3020             ENDDO
3021
3022             READ ( 13 )  field_chr
3023
3024          ENDDO
3025
3026       ENDIF
3027
3028
3029       CONTAINS
3030!------------------------------------------------------------------------------!
3031! Description:
3032! ------------
3033!> Restores surfacle elements back on its respective type.
3034!------------------------------------------------------------------------------!
3035          SUBROUTINE restore_surface_elements( surf_target, m_target,          &
3036                                               surf_file,   m_file )
3037
3038             IMPLICIT NONE
3039
3040             INTEGER(iwp)      ::  m_file      !< respective surface-element index of current surface array
3041             INTEGER(iwp)      ::  m_target    !< respecitve surface-element index of surface array on file
3042
3043             TYPE( surf_type ) ::  surf_target !< target surface type
3044             TYPE( surf_type ) ::  surf_file   !< surface type on file
3045
3046             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%us' ) /= 0 )  THEN
3047                IF ( ALLOCATED( surf_target%us )  .AND.                        &
3048                     ALLOCATED( surf_file%us   ) )                             & 
3049                   surf_target%us(m_target) = surf_file%us(m_file)
3050             ENDIF
3051
3052             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%ol' ) /= 0 )  THEN
3053                IF ( ALLOCATED( surf_target%ol )  .AND.                        &
3054                     ALLOCATED( surf_file%ol   ) )                             & 
3055                   surf_target%ol(m_target) = surf_file%ol(m_file)
3056             ENDIF
3057
3058             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%usws' ) /= 0 )  THEN
3059                IF ( ALLOCATED( surf_target%usws )  .AND.                      &
3060                     ALLOCATED( surf_file%usws   ) )                           & 
3061                   surf_target%usws(m_target) = surf_file%usws(m_file)
3062             ENDIF
3063
3064             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%vsws' ) /= 0 )  THEN
3065                IF ( ALLOCATED( surf_target%vsws )  .AND.                      &
3066                     ALLOCATED( surf_file%vsws   ) )                           & 
3067                   surf_target%vsws(m_target) = surf_file%vsws(m_file)
3068             ENDIF
3069
3070             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%ts' ) /= 0 )  THEN
3071                IF ( ALLOCATED( surf_target%ts )  .AND.                        &
3072                     ALLOCATED( surf_file%ts   ) )                             & 
3073                   surf_target%ts(m_target) = surf_file%ts(m_file)
3074             ENDIF
3075
3076             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%shf' ) /= 0 )  THEN
3077                IF ( ALLOCATED( surf_target%shf )  .AND.                       &
3078                     ALLOCATED( surf_file%shf   ) )                            & 
3079                   surf_target%shf(m_target) = surf_file%shf(m_file)
3080             ENDIF
3081
3082             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%qs' ) /= 0 )  THEN
3083                IF ( ALLOCATED( surf_target%qs )  .AND.                        &
3084                     ALLOCATED( surf_file%qs   ) )                             & 
3085                   surf_target%qs(m_target) = surf_file%qs(m_file)
3086             ENDIF
3087
3088             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%qsws' ) /= 0 )  THEN
3089                IF ( ALLOCATED( surf_target%qsws )  .AND.                      &
3090                     ALLOCATED( surf_file%qsws   ) )                           & 
3091                   surf_target%qsws(m_target) = surf_file%qsws(m_file)
3092             ENDIF
3093
3094             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%ss' ) /= 0 )  THEN
3095                IF ( ALLOCATED( surf_target%ss )  .AND.                        &
3096                     ALLOCATED( surf_file%ss   ) )                             & 
3097                   surf_target%ss(m_target) = surf_file%ss(m_file)
3098             ENDIF
3099
3100             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%ssws' ) /= 0 )  THEN
3101                IF ( ALLOCATED( surf_target%ssws )  .AND.                      &
3102                     ALLOCATED( surf_file%ssws   ) )                           & 
3103                   surf_target%ssws(m_target) = surf_file%ssws(m_file)
3104             ENDIF
3105
3106             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%qcs' ) /= 0 )  THEN
3107                IF ( ALLOCATED( surf_target%qcs )  .AND.                       &
3108                     ALLOCATED( surf_file%qcs   ) )                            & 
3109                  surf_target%qcs(m_target) = surf_file%qcs(m_file)
3110             ENDIF
3111
3112             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%qcsws' ) /= 0 )  THEN
3113                IF ( ALLOCATED( surf_target%qcsws )  .AND.                     &
3114                     ALLOCATED( surf_file%qcsws   ) )                          & 
3115                   surf_target%qcsws(m_target) = surf_file%qcsws(m_file)
3116             ENDIF
3117
3118             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%ncs' ) /= 0 )  THEN
3119                IF ( ALLOCATED( surf_target%ncs )  .AND.                       &
3120                     ALLOCATED( surf_file%ncs   ) )                            & 
3121                   surf_target%ncs(m_target) = surf_file%ncs(m_file)
3122             ENDIF
3123
3124             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%ncsws' ) /= 0 )  THEN
3125                IF ( ALLOCATED( surf_target%ncsws )  .AND.                     &
3126                     ALLOCATED( surf_file%ncsws   ) )                          & 
3127                   surf_target%ncsws(m_target) = surf_file%ncsws(m_file)
3128             ENDIF
3129
3130             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%qrs' ) /= 0 )  THEN
3131                IF ( ALLOCATED( surf_target%qrs )  .AND.                       &
3132                     ALLOCATED( surf_file%qrs   ) )                            & 
3133                  surf_target%qrs(m_target) = surf_file%qrs(m_file)
3134             ENDIF
3135
3136             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%qrsws' ) /= 0 )  THEN
3137                IF ( ALLOCATED( surf_target%qrsws )  .AND.                     &
3138                     ALLOCATED( surf_file%qrsws   ) )                          & 
3139                   surf_target%qrsws(m_target) = surf_file%qrsws(m_file)
3140             ENDIF
3141
3142             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%nrs' ) /= 0 )  THEN
3143                IF ( ALLOCATED( surf_target%nrs )  .AND.                       &
3144                     ALLOCATED( surf_file%nrs   ) )                            & 
3145                   surf_target%nrs(m_target) = surf_file%nrs(m_file)
3146             ENDIF
3147
3148             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%nrsws' ) /= 0 )  THEN
3149                IF ( ALLOCATED( surf_target%nrsws )  .AND.                     &
3150                     ALLOCATED( surf_file%nrsws   ) )                          & 
3151                   surf_target%nrsws(m_target) = surf_file%nrsws(m_file)
3152             ENDIF
3153
3154             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%sasws' ) /= 0 )  THEN
3155                IF ( ALLOCATED( surf_target%sasws )  .AND.                     &
3156                     ALLOCATED( surf_file%sasws   ) )                          & 
3157                   surf_target%sasws(m_target) = surf_file%sasws(m_file)
3158             ENDIF
3159
3160             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%mom_uv' ) /= 0 )  THEN
3161                IF ( ALLOCATED( surf_target%mom_flux_uv )  .AND.               &
3162                     ALLOCATED( surf_file%mom_flux_uv   ) )                    & 
3163                   surf_target%mom_flux_uv(m_target) =                         &
3164                                           surf_file%mom_flux_uv(m_file)
3165             ENDIF
3166
3167             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%mom_w' ) /= 0 )  THEN
3168                IF ( ALLOCATED( surf_target%mom_flux_w )  .AND.                &
3169                     ALLOCATED( surf_file%mom_flux_w   ) )                     & 
3170                   surf_target%mom_flux_w(m_target) =                          &
3171                                           surf_file%mom_flux_w(m_file)
3172             ENDIF
3173
3174             IF ( SCAN( TRIM( field_chr ), '%mom_tke' ) /= 0 )  THEN
3175                IF ( ALLOCATED( surf_target%mom_flux_tke )  .AND.              &
3176                     ALLOCATED( surf_file%mom_flux_tke   ) )                   & 
3177                   surf_target%mom_flux_tke(0:1,m_target) =                    &
3178                                           surf_file%mom_flux_tke(0:1,m_file)
3179             ENDIF
3180
3181          END SUBROUTINE restore_surface_elements
3182
3183    END SUBROUTINE surface_read_restart_data
3184
3185 
3186!------------------------------------------------------------------------------!
3187! Description:
3188! ------------
3189!> Counts the number of surface elements with the same facing, required for
3190!> reading and writing restart data.
3191!------------------------------------------------------------------------------!
3192    SUBROUTINE surface_last_actions
3193
3194       IMPLICIT NONE
3195!
3196!--    Horizontal surfaces
3197       ns_h_on_file(0) = surf_def_h(0)%ns + surf_lsm_h%ns + surf_usm_h%ns
3198       ns_h_on_file(1) = surf_def_h(1)%ns
3199       ns_h_on_file(2) = surf_def_h(2)%ns
3200!
3201!--    Vertical surfaces
3202       ns_v_on_file(0) = surf_def_v(0)%ns + surf_lsm_v(0)%ns + surf_usm_v(0)%ns
3203       ns_v_on_file(1) = surf_def_v(1)%ns + surf_lsm_v(1)%ns + surf_usm_v(1)%ns
3204       ns_v_on_file(2) = surf_def_v(2)%ns + surf_lsm_v(2)%ns + surf_usm_v(2)%ns
3205       ns_v_on_file(3) = surf_def_v(3)%ns + surf_lsm_v(3)%ns + surf_usm_v(3)%ns
3206
3207    END SUBROUTINE surface_last_actions
3208
3209
3210 END MODULE surface_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.