source: lmdz_wrf/WRFV3/dyn_em/module_initialize_real.F @ 1

Last change on this file since 1 was 1, checked in by lfita, 10 years ago
  • -- --- Opening of the WRF+LMDZ coupling repository --- -- -

WRF: version v3.3
LMDZ: version v1818

More details in:

File size: 240.6 KB
Line 
1!REAL:MODEL_LAYER:INITIALIZATION
2
3#ifndef VERT_UNIT
4!  This MODULE holds the routines which are used to perform various initializations
5!  for the individual domains, specifically for the Eulerian, mass-based coordinate.
6
7!-----------------------------------------------------------------------
8
9MODULE module_initialize_real
10
11   USE module_bc
12   USE module_configure
13   USE module_domain
14   USE module_io_domain
15   USE module_model_constants
16   USE module_state_description
17   USE module_timing
18   USE module_soil_pre
19   USE module_date_time
20   USE module_llxy
21#ifdef DM_PARALLEL
22   USE module_dm
23   USE module_comm_dm, ONLY : &
24                           HALO_EM_INIT_1_sub   &
25                          ,HALO_EM_INIT_2_sub   &
26                          ,HALO_EM_INIT_3_sub   &
27                          ,HALO_EM_INIT_4_sub   &
28                          ,HALO_EM_INIT_5_sub   &
29                          ,HALO_EM_VINTERP_UV_1_sub
30#endif
31
32   REAL , SAVE :: p_top_save
33   INTEGER :: internal_time_loop
34
35CONTAINS
36
37!-------------------------------------------------------------------
38
39   SUBROUTINE init_domain ( grid )
40
41      IMPLICIT NONE
42
43      !  Input space and data.  No gridded meteorological data has been stored, though.
44
45!     TYPE (domain), POINTER :: grid
46      TYPE (domain)          :: grid
47
48      !  Local data.
49
50      INTEGER :: idum1, idum2
51
52      CALL set_scalar_indices_from_config ( head_grid%id , idum1, idum2 )
53
54        CALL init_domain_rk( grid &
55!
56#include "actual_new_args.inc"
57!
58      )
59   END SUBROUTINE init_domain
60
61!-------------------------------------------------------------------
62
63   SUBROUTINE init_domain_rk ( grid &
64!
65#include "dummy_new_args.inc"
66!
67   )
68
69      USE module_optional_input
70      IMPLICIT NONE
71
72      !  Input space and data.  No gridded meteorological data has been stored, though.
73
74!     TYPE (domain), POINTER :: grid
75      TYPE (domain)          :: grid
76
77#include "dummy_new_decl.inc"
78
79      TYPE (grid_config_rec_type)              :: config_flags
80
81      !  Local domain indices and counters.
82
83      INTEGER :: num_veg_cat , num_soil_top_cat , num_soil_bot_cat
84      INTEGER :: loop , num_seaice_changes
85
86      INTEGER :: ids, ide, jds, jde, kds, kde, &
87                 ims, ime, jms, jme, kms, kme, &
88                 its, ite, jts, jte, kts, kte, &
89                 ips, ipe, jps, jpe, kps, kpe, &
90                 i, j, k
91
92      INTEGER :: imsx, imex, jmsx, jmex, kmsx, kmex,    &
93                 ipsx, ipex, jpsx, jpex, kpsx, kpex,    &
94                 imsy, imey, jmsy, jmey, kmsy, kmey,    &
95                 ipsy, ipey, jpsy, jpey, kpsy, kpey
96
97      INTEGER :: ns
98
99      !  Local data
100
101      INTEGER :: error
102      INTEGER :: im, num_3d_m, num_3d_s
103      REAL    :: p_surf, p_level
104      REAL    :: cof1, cof2
105      REAL    :: qvf , qvf1 , qvf2 , pd_surf
106      REAL    :: p00 , t00 , a , tiso
107      REAL    :: hold_znw , ptemp
108      REAL    :: vap_pres_mb , sat_vap_pres_mb
109      LOGICAL :: were_bad
110
111      LOGICAL :: stretch_grid, dry_sounding, debug
112      INTEGER IICOUNT
113
114      REAL :: p_top_requested , temp
115      INTEGER :: num_metgrid_levels
116      REAL , DIMENSION(max_eta) :: eta_levels
117      REAL :: max_dz
118
119!      INTEGER , PARAMETER :: nl_max = 1000
120!      REAL , DIMENSION(nl_max) :: grid%dn
121
122integer::oops1,oops2
123
124      REAL    :: zap_close_levels
125      INTEGER :: force_sfc_in_vinterp
126      INTEGER :: interp_type , lagrange_order , extrap_type , t_extrap_type
127      LOGICAL :: lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface
128      LOGICAL :: we_have_tavgsfc , we_have_tsk
129
130      INTEGER :: lev500 , loop_count
131      REAL    :: zl , zu , pl , pu , z500 , dz500 , tvsfc , dpmu
132
133      LOGICAL , PARAMETER :: want_full_levels = .TRUE.
134      LOGICAL , PARAMETER :: want_half_levels = .FALSE.
135
136      CHARACTER (LEN=80) :: a_message
137      REAL :: max_mf
138   
139      !  Excluded middle.
140
141      LOGICAL :: any_valid_points
142      INTEGER :: i_valid , j_valid
143
144!-- Carsel and Parrish [1988]
145        REAL , DIMENSION(100) :: lqmi
146
147      REAL :: t_start , t_end
148
149      !  Dimension information stored in grid data structure.
150
151      CALL cpu_time(t_start)
152      CALL get_ijk_from_grid (  grid ,                   &
153                                ids, ide, jds, jde, kds, kde,    &
154                                ims, ime, jms, jme, kms, kme,    &
155                                ips, ipe, jps, jpe, kps, kpe,    &
156                                imsx, imex, jmsx, jmex, kmsx, kmex,    &
157                                ipsx, ipex, jpsx, jpex, kpsx, kpex,    &
158                                imsy, imey, jmsy, jmey, kmsy, kmey,    &
159                                ipsy, ipey, jpsy, jpey, kpsy, kpey )
160      its = ips ; ite = ipe ; jts = jps ; jte = jpe ; kts = kps ; kte = kpe
161
162
163      CALL model_to_grid_config_rec ( grid%id , model_config_rec , config_flags )
164
165      !  Send out a quick message about the time steps based on the map scale factors.
166
167      IF ( ( internal_time_loop .EQ. 1 ) .AND. ( grid%id .EQ. 1 ) .AND. ( .NOT. config_flags%map_proj .EQ. PROJ_CASSINI ) ) THEN
168         max_mf = grid%msft(its,jts)
169         DO j=jts,MIN(jde-1,jte)
170            DO i=its,MIN(ide-1,ite)
171               max_mf = MAX ( max_mf , grid%msft(i,j) )
172            END DO
173         END DO
174#if ( defined(DM_PARALLEL)  &&   ! defined(STUBMPI) )
175         max_mf = wrf_dm_max_real ( max_mf )
176#endif
177         WRITE ( a_message , FMT='(A,F5.2,A)' ) 'Max map factor in domain 1 = ',max_mf,'. Scale the dt in the model accordingly.'
178         CALL wrf_message ( a_message )
179      END IF
180
181      !  Check to see if the boundary conditions are set properly in the namelist file.
182      !  This checks for sufficiency and redundancy.
183
184      CALL boundary_condition_check( config_flags, bdyzone, error, grid%id )
185
186      !  Some sort of "this is the first time" initialization.  Who knows.
187
188      grid%step_number = 0
189      grid%itimestep=0
190
191      !  Pull in the info in the namelist to compare it to the input data.
192
193      grid%real_data_init_type = model_config_rec%real_data_init_type
194
195      !  To define the base state, we call a USER MODIFIED routine to set the three
196      !  necessary constants:  p00 (sea level pressure, Pa), t00 (sea level temperature, K),
197      !  and A (temperature difference, from 1000 mb to 300 mb, K).
198   
199      CALL const_module_initialize ( p00 , t00 , a , tiso )
200
201      !  Save these constants to write out in model output file
202
203      grid%t00  = t00
204      grid%p00  = p00
205      grid%tlp  = a
206      grid%tiso = tiso
207
208      !  Are there any hold-ups to us bypassing the middle of the domain?  These
209      !  holdups would be situations where we need data in the middle of the domain.
210      !  FOr example, if this si the first time period, we need the full domain
211      !  processed for ICs.  Also, if there is some sort of gridded FDDA turned on, or
212      !  if the SST update is activated, then we can't just blow off the middle of the
213      !  domain all willy-nilly.  Other cases of these hold-ups?  Sure - what if the
214      !  user wants to smooth the CG topo, we need several rows and columns available.
215      !  What if the lat/lon proj is used, then we need to run a spectral filter on
216      !  the topo.  Both are killers when trying to ignore data in the middle of the
217      !  domain.
218
219      !  If hold_ups = .F., then there are no hold-ups to excluding the middle
220      !  domain processing.  If hold_ups = .T., then there are hold-ups, and we
221      !  must process the middle of the domain.
222
223      hold_ups = ( internal_time_loop .EQ. 1 ) .OR. &
224                 ( config_flags%grid_fdda .NE. 0 ) .OR. &
225                 ( config_flags%sst_update .EQ. 1 ) .OR. &
226                 ( config_flags%all_ic_times ) .OR. &
227                 ( config_flags%smooth_cg_topo ) .OR. &
228                 ( config_flags%map_proj .EQ. PROJ_CASSINI )
229
230      !  There are a few checks that we need to do when the input data comes in with the middle
231      !  excluded by WPS.
232
233      IF      ( flag_excluded_middle .NE. 0 ) THEN
234
235         !  If this time period of data from WPS has the middle excluded, it had better be OK for
236         !  us to have a hole.
237
238         IF ( hold_ups ) THEN
239            WRITE ( a_message,* ) 'None of the following are allowed to be TRUE : '
240            CALL wrf_message ( a_message )
241            WRITE ( a_message,* ) ' ( internal_time_loop .EQ. 1 )               ', ( internal_time_loop .EQ. 1 )
242            CALL wrf_message ( a_message )
243            WRITE ( a_message,* ) ' ( config_flags%grid_fdda .NE. 0 )           ', ( config_flags%grid_fdda .NE. 0 )
244            CALL wrf_message ( a_message )
245            WRITE ( a_message,* ) ' ( config_flags%sst_update .EQ. 1 )          ', ( config_flags%sst_update .EQ. 1 )
246            CALL wrf_message ( a_message )
247            WRITE ( a_message,* ) ' ( config_flags%all_ic_times )               ', ( config_flags%all_ic_times )
248            CALL wrf_message ( a_message )
249            WRITE ( a_message,* ) ' ( config_flags%smooth_cg_topo )             ', ( config_flags%smooth_cg_topo )
250            CALL wrf_message ( a_message )
251            WRITE ( a_message,* ) ' ( config_flags%map_proj .EQ. PROJ_CASSINI ) ', ( config_flags%map_proj .EQ. PROJ_CASSINI )
252            CALL wrf_message ( a_message )
253
254            WRITE ( a_message,* ) 'Problems, we cannot have excluded middle data from WPS'
255            CALL wrf_error_fatal ( a_message )
256         END IF
257
258         !  Make sure that the excluded middle data from metgrid is "wide enough".  We only have to check
259         !  when the excluded middle was actually used in WPS.
260
261         IF ( config_flags%spec_bdy_width .GT. flag_excluded_middle ) THEN
262            WRITE ( a_message,* ) 'The WRF &bdy_control namelist.input spec_bdy_width = ', config_flags%spec_bdy_width
263            CALL wrf_message ( a_message )
264            WRITE ( a_message,* ) 'The WPS &metgrid namelist.wps process_only_bdy width = ',flag_excluded_middle
265            CALL wrf_message ( a_message )
266            WRITE ( a_message,* ) 'WPS process_only_bdy must be >= WRF spec_bdy_width'
267            CALL wrf_error_fatal ( a_message )
268         END IF
269      END IF
270      em_width = config_flags%spec_bdy_width
271
272      !  We need to find if there are any valid non-excluded-middle points in this
273      !  tile.  If so, then we need to hang on to a valid i,j location.
274
275      any_valid_points = .false.
276      find_valid : DO j = jts,jte
277         DO i = its,ite
278            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
279            any_valid_points = .true.
280            i_valid = i
281            j_valid = j
282            EXIT find_valid
283         END DO
284      END DO find_valid
285
286      !  Replace traditional seaice field with optional seaice (AFWA source)
287
288      IF ( flag_icefrac .EQ. 1 ) THEN
289         DO j=jts,MIN(jde-1,jte)
290            DO i=its,MIN(ide-1,ite)
291               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
292               grid%xice(i,j) = grid%icefrac_gc(i,j)
293            END DO
294         END DO
295      END IF
296
297      !  Fix the snow (water equivalent depth, kg/m^2) and the snowh (physical snow
298      !  depth, m) fields.
299
300      IF      ( ( flag_snow .EQ. 0 ) .AND. ( flag_snowh .EQ. 0 ) ) THEN
301         DO j=jts,MIN(jde-1,jte)
302            DO i=its,MIN(ide-1,ite)
303               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
304               grid%snow(i,j)  = 0.
305               grid%snowh(i,j) = 0.
306            END DO
307         END DO
308
309      ELSE IF ( ( flag_snow .EQ. 0 ) .AND. ( flag_snowh .EQ. 1 ) ) THEN
310         DO j=jts,MIN(jde-1,jte)
311            DO i=its,MIN(ide-1,ite)
312!              ( m -> kg/m^2 )  & ( reduce to liquid, 5:1 ratio )
313               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
314               grid%snow(i,j)  = grid%snowh(i,j) * 1000. / 5.
315            END DO
316         END DO
317
318      ELSE IF ( ( flag_snow .EQ. 1 ) .AND. ( flag_snowh .EQ. 0 ) ) THEN
319         DO j=jts,MIN(jde-1,jte)
320            DO i=its,MIN(ide-1,ite)
321!              ( kg/m^2 -> m)  & ( liquid to snow depth, 5:1 ratio )
322               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
323               grid%snowh(i,j) = grid%snow(i,j) / 1000. * 5.
324            END DO
325         END DO
326
327      END IF
328
329      !  For backward compatibility, we might need to assign the map factors from
330      !  what they were, to what they are.
331
332      IF      ( ( config_flags%polar ) .AND. ( flag_mf_xy .EQ. 1 ) ) THEN
333         DO j=max(jds+1,jts),min(jde-1,jte)
334            DO i=its,min(ide-1,ite)
335               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
336               grid%msfvx_inv(i,j) = 1./grid%msfvx(i,j)
337            END DO
338         END DO
339         IF(jts == jds) THEN
340            DO i=its,ite
341               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
342               grid%msfvx(i,jts) = 0.
343               grid%msfvx_inv(i,jts) = 0.
344            END DO
345         END IF
346         IF(jte == jde) THEN
347            DO i=its,ite
348               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
349               grid%msfvx(i,jte) = 0.
350               grid%msfvx_inv(i,jte) = 0.
351            END DO
352         END IF
353      ELSE IF ( ( config_flags%map_proj .EQ. PROJ_CASSINI ) .AND. ( flag_mf_xy .EQ. 1 ) ) THEN
354         DO j=jts,jte
355            DO i=its,min(ide-1,ite)
356               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
357               grid%msfvx_inv(i,j) = 1./grid%msfvx(i,j)
358            END DO
359         END DO
360      ELSE IF ( ( .NOT. config_flags%map_proj .EQ. PROJ_CASSINI ) .AND. ( flag_mf_xy .NE. 1 ) ) THEN
361         DO j=jts,jte
362            DO i=its,ite
363               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
364               grid%msfvx(i,j) = grid%msfv(i,j)
365               grid%msfvy(i,j) = grid%msfv(i,j)
366               grid%msfux(i,j) = grid%msfu(i,j)
367               grid%msfuy(i,j) = grid%msfu(i,j)
368               grid%msftx(i,j) = grid%msft(i,j)
369               grid%msfty(i,j) = grid%msft(i,j)
370            ENDDO
371         ENDDO
372         DO j=jts,min(jde,jte)
373            DO i=its,min(ide-1,ite)
374               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
375               grid%msfvx_inv(i,j) = 1./grid%msfvx(i,j)
376            END DO
377         END DO
378      ELSE IF ( ( .NOT. config_flags%map_proj .EQ. PROJ_CASSINI ) .AND. ( flag_mf_xy .EQ. 1 ) ) THEN
379         IF ( grid%msfvx(its,jts) .EQ. 0 ) THEN
380            CALL wrf_error_fatal ( 'Maybe you do not have the new map factors, try re-running geogrid' )
381         END IF
382         DO j=jts,min(jde,jte)
383            DO i=its,min(ide-1,ite)
384               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
385               grid%msfvx_inv(i,j) = 1./grid%msfvx(i,j)
386            END DO
387         END DO
388      ELSE IF ( ( config_flags%map_proj .EQ. PROJ_CASSINI ) .AND. ( flag_mf_xy .NE. 1 ) ) THEN
389         CALL wrf_error_fatal ( 'Neither SI data nor older metgrid data can initialize a global domain' )
390      ENDIF
391
392      !  Check to see what available surface temperatures we have.
393
394      IF ( flag_tavgsfc .EQ. 1 ) THEN
395         we_have_tavgsfc = .TRUE.
396      ELSE
397         we_have_tavgsfc = .FALSE.
398      END IF
399
400      IF ( flag_tsk     .EQ. 1 ) THEN
401         we_have_tsk     = .TRUE.
402      ELSE
403         we_have_tsk     = .FALSE.
404      END IF
405   
406      IF ( config_flags%use_tavg_for_tsk ) THEN
407         IF ( we_have_tsk .OR. we_have_tavgsfc ) THEN
408           !  we are OK
409         ELSE
410            CALL wrf_error_fatal ( 'We either need TSK or TAVGSFC, verify these fields are coming from WPS' )
411         END IF
412   
413         !  Since we require a skin temperature in the model, we can use the average 2-m temperature if provided.
414   
415         IF ( we_have_tavgsfc ) THEN
416            DO j=jts,min(jde,jte)
417               DO i=its,min(ide-1,ite)
418                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
419                  grid%tsk(i,j) = grid%tavgsfc(i,j)
420               END DO
421            END DO
422         END IF
423      END IF
424
425      !  Is there any vertical interpolation to do?  The "old" data comes in on the correct
426      !  vertical locations already.
427
428      IF ( flag_metgrid .EQ. 1 ) THEN  !   <----- START OF VERTICAL INTERPOLATION PART ---->
429
430         !  If this is data from the PINTERP program, it is emulating METGRID output.
431         !  One of the caveats of this data is the way that the vertical structure is
432         !  handled.  We take the k=1 level and toss it (it is disposable), and we
433         !  swap in the surface data.  This is done for all of the 3d fields about
434         !  which we show some interest: u, v, t, rh, ght, and p.  For u, v, and rh,
435         !  we assume no interesting vertical structure, and just assign the 1000 mb
436         !  data.  We directly use the 2-m temp for surface temp.  We use the surface
437         !  pressure field and the topography elevation for the lowest level of
438         !  pressure and height, respectively.
439
440         IF ( flag_pinterp .EQ. 1 ) THEN
441
442            WRITE ( a_message , * ) 'Data from P_INTERP program, filling k=1 level with artificial surface fields.'
443            CALL wrf_message ( a_message )
444            DO j=jts,jte
445               DO i=its,ite
446                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
447                  grid%u_gc(i,1,j) = grid%u_gc(i,2,j)
448                  grid%v_gc(i,1,j) = grid%v_gc(i,2,j)
449                  grid%rh_gc(i,1,j) = grid%rh_gc(i,2,j)
450                  grid%t_gc(i,1,j) = grid%t2(i,j)
451                  grid%ght_gc(i,1,j) = grid%ht(i,j)
452                  grid%p_gc(i,1,j) = grid%psfc(i,j)
453               END DO
454            END DO
455            flag_psfc = 0
456
457         END IF
458
459         !  Variables that are named differently between SI and WPS.
460
461         DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
462            DO i = its, MIN(ite,ide-1)
463               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
464               grid%tsk(i,j) = grid%tsk_gc(i,j)
465               grid%tmn(i,j) = grid%tmn_gc(i,j)
466               grid%xlat(i,j) = grid%xlat_gc(i,j)
467               grid%xlong(i,j) = grid%xlong_gc(i,j)
468               grid%ht(i,j) = grid%ht_gc(i,j)
469            END DO
470         END DO
471
472         !  A user could request that the most coarse grid has the
473         !  topography along the outer boundary smoothed.  This smoothing
474         !  is similar to the coarse/nest interface.  The outer rows and
475         !  cols come from the existing large scale topo, and then the
476         !  next several rows/cols are a linear ramp of the large scale
477         !  model and the hi-res topo from WPS.  We only do this for the
478         !  coarse grid since we are going to make the interface consistent
479         !  in the model betwixt the CG and FG domains.
480
481         IF ( ( config_flags%smooth_cg_topo ) .AND. &
482              ( grid%id .EQ. 1 ) .AND. &
483              ( flag_soilhgt .EQ. 1) ) THEN
484            CALL blend_terrain ( grid%toposoil  , grid%ht , &
485                                 ids , ide , jds , jde , 1   , 1   , &
486                                 ims , ime , jms , jme , 1   , 1   , &
487                                 ips , ipe , jps , jpe , 1   , 1   )
488
489         END IF
490
491         !  Filter the input topography if this is a polar projection.
492
493         IF ( ( config_flags%polar ) .AND. ( grid%fft_filter_lat .GT. 90 ) ) THEN
494            CALL wrf_error_fatal ( 'If the polar boundary condition is used, then fft_filter_lat must be set in namelist.input' )
495         END IF
496
497         IF ( config_flags%map_proj .EQ. PROJ_CASSINI ) THEN
498#if ( defined( DM_PARALLEL ) && ( ! defined( STUBMPI ) ) )
499
500            !  We stick the topo and map fac in an unused 3d array. The map scale
501            !  factor and computational latitude are passed along for the ride
502            !  (part of the transpose process - we only do 3d arrays) to determine
503            !  "how many" values are used to compute the mean.  We want a number
504            !  that is consistent with the original grid resolution.
505
506
507            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
508              DO k = kts, kte
509                 DO i = its, MIN(ite,ide-1)
510                    grid%t_init(i,k,j) = 1.
511                 END DO
512              END DO
513              DO i = its, MIN(ite,ide-1)
514                 grid%t_init(i,1,j) = grid%ht(i,j)
515                 grid%t_init(i,2,j) = grid%msftx(i,j)
516                 grid%t_init(i,3,j) = grid%clat(i,j)
517              END DO
518            END DO
519
520# include "XPOSE_POLAR_FILTER_TOPO_z2x.inc"
521
522            !  Retrieve the 2d arrays for topo, map factors, and the
523            !  computational latitude.
524
525            DO j = jpsx, MIN(jpex,jde-1)
526              DO i = ipsx, MIN(ipex,ide-1)
527                 grid%ht_xxx(i,j)   = grid%t_xxx(i,1,j)
528                 grid%mf_xxx(i,j)   = grid%t_xxx(i,2,j)
529                 grid%clat_xxx(i,j) = grid%t_xxx(i,3,j)
530              END DO
531            END DO
532
533            !  Get a mean topo field that is consistent with the grid
534            !  distance on each computational latitude loop.
535
536            CALL filter_topo ( grid%ht_xxx , grid%clat_xxx , grid%mf_xxx , &
537                               grid%fft_filter_lat , &
538                               ids, ide, jds, jde, 1 , 1 , &
539                               imsx, imex, jmsx, jmex, 1, 1, &
540                               ipsx, ipex, jpsx, jpex, 1, 1 )
541
542            !  Stick the filtered topo back into the dummy 3d array to
543            !  transpose it back to "all z on a patch".
544
545            DO j = jpsx, MIN(jpex,jde-1)
546              DO i = ipsx, MIN(ipex,ide-1)
547                 grid%t_xxx(i,1,j) = grid%ht_xxx(i,j)
548              END DO
549            END DO
550
551# include "XPOSE_POLAR_FILTER_TOPO_x2z.inc"
552
553            !  Get the un-transposed topo data.
554
555            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
556              DO i = its, MIN(ite,ide-1)
557                 grid%ht(i,j) = grid%t_init(i,1,j)
558              END DO
559            END DO
560#else
561            CALL filter_topo ( grid%ht , grid%clat , grid%msftx , &
562                               grid%fft_filter_lat , &
563                               ids, ide, jds, jde, 1,1,           &
564                               ims, ime, jms, jme, 1,1,           &
565                               its, ite, jts, jte, 1,1 )
566#endif
567         END IF
568
569         !  If we have any input low-res surface pressure, we store it.
570
571         IF ( flag_psfc .EQ. 1 ) THEN
572            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
573              DO i = its, MIN(ite,ide-1)
574                 IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
575                 grid%psfc_gc(i,j) = grid%psfc(i,j)
576                 grid%p_gc(i,1,j) = grid%psfc(i,j)
577              END DO
578            END DO
579         END IF
580
581         !  If we have the low-resolution surface elevation, stick that in the
582         !  "input" locations of the 3d height.  We still have the "hi-res" topo
583         !  stuck in the grid%ht array.  The grid%landmask if test is required as some sources
584         !  have ZERO elevation over water (thank you very much).
585
586         IF ( flag_soilhgt .EQ. 1) THEN
587            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
588               DO i = its, MIN(ite,ide-1)
589!                 IF ( grid%landmask(i,j) .GT. 0.5 ) THEN
590                     IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
591                     grid%ght_gc(i,1,j) = grid%toposoil(i,j)
592                     grid%ht_gc(i,j)= grid%toposoil(i,j)
593!                 END IF
594               END DO
595           END DO
596         END IF
597
598         !  The number of vertical levels in the input data.  There is no staggering for
599         !  different variables.
600
601         num_metgrid_levels = grid%num_metgrid_levels
602
603         !  For UM data, swap incoming extra (theta-based) pressure with the standardly
604         !  named (rho-based) pressure.
605
606         IF ( flag_ptheta .EQ. 1 ) THEN
607            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
608               DO k = 1 , num_metgrid_levels
609                  DO i = its, MIN(ite,ide-1)
610                     IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
611                     ptemp = grid%p_gc(i,k,j)
612                     grid%p_gc(i,k,j) = grid%prho_gc(i,k,j)
613                     grid%prho_gc(i,k,j) = ptemp
614                  END DO
615               END DO
616            END DO
617
618            !  For UM data, the "surface" and the "first hybrid" level for the theta-level data fields are the same. 
619            !  Average the surface (k=1) and the second hybrid level (k=num_metgrid_levels-1) to get the first hybrid
620            !  layer.  We only do this for the theta-level data: pressure, temperature, specific humidity, and
621            !  geopotential height (i.e. we do not modify u, v, or the rho-based pressure).
622
623            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
624               DO i = its, MIN(ite,ide-1)
625                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
626                  grid%  p_gc(i,num_metgrid_levels,j) = ( grid%  p_gc(i,1,j) + grid%  p_gc(i,num_metgrid_levels-1,j) ) * 0.5
627                  grid%  t_gc(i,num_metgrid_levels,j) = ( grid%  t_gc(i,1,j) + grid%  t_gc(i,num_metgrid_levels-1,j) ) * 0.5
628                  grid% sh_gc(i,num_metgrid_levels,j) = ( grid% sh_gc(i,1,j) + grid% sh_gc(i,num_metgrid_levels-1,j) ) * 0.5
629                  grid%ght_gc(i,num_metgrid_levels,j) = ( grid%ght_gc(i,1,j) + grid%ght_gc(i,num_metgrid_levels-1,j) ) * 0.5
630               END DO
631            END DO
632         END IF
633
634         !  Check for and semi-fix missing surface fields.
635
636         IF ( grid%p_gc(i_valid,num_metgrid_levels,j_valid) .LT. grid%p_gc(i_valid,2,j_valid) ) THEN
637            k = 2
638         ELSE
639            k = num_metgrid_levels
640         END IF
641
642         IF ( grid%t_gc(i_valid,1,j_valid) .EQ. -1.E30 ) THEN
643            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
644               DO i = its, MIN(ite,ide-1)
645                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
646                  grid%t_gc(i,1,j) = grid%t_gc(i,k,j)
647               END DO
648            END DO
649            config_flags%use_surface = .FALSE.
650            grid%use_surface = .FALSE.
651            WRITE ( a_message , * ) 'Missing surface temp, replaced with closest level, use_surface set to false.'
652            CALL wrf_message ( a_message )
653         END IF
654
655         IF ( grid%rh_gc(i_valid,1,j_valid) .EQ. -1.E30 ) THEN
656            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
657               DO i = its, MIN(ite,ide-1)
658                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
659                  grid%rh_gc(i,1,j) = grid%rh_gc(i,k,j)
660               END DO
661            END DO
662            config_flags%use_surface = .FALSE.
663            grid%use_surface = .FALSE.
664            WRITE ( a_message , * ) 'Missing surface RH, replaced with closest level, use_surface set to false.'
665            CALL wrf_message ( a_message )
666         END IF
667
668         IF ( grid%u_gc(i_valid,1,j_valid) .EQ. -1.E30 ) THEN
669            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
670               DO i = its, ite
671                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
672                  grid%u_gc(i,1,j) = grid%u_gc(i,k,j)
673               END DO
674            END DO
675            config_flags%use_surface = .FALSE.
676            grid%use_surface = .FALSE.
677            WRITE ( a_message , * ) 'Missing surface u wind, replaced with closest level, use_surface set to false.'
678            CALL wrf_message ( a_message )
679         END IF
680
681         IF ( grid%v_gc(i_valid,1,j_valid) .EQ. -1.E30 ) THEN
682            DO j = jts, jte
683               DO i = its, MIN(ite,ide-1)
684                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
685                  grid%v_gc(i,1,j) = grid%v_gc(i,k,j)
686               END DO
687            END DO
688            config_flags%use_surface = .FALSE.
689            grid%use_surface = .FALSE.
690            WRITE ( a_message , * ) 'Missing surface v wind, replaced with closest level, use_surface set to false.'
691            CALL wrf_message ( a_message )
692         END IF
693
694
695         !  Compute the mixing ratio from the input relative humidity.
696
697         IF ( ( flag_qv .NE. 1 ) .AND. ( flag_sh .NE. 1 ) ) THEN
698            IF ( grid%p_gc(i_valid,num_metgrid_levels,j_valid) .LT. grid%p_gc(i_valid,2,j_valid) ) THEN
699               k = 2
700            ELSE
701               k = num_metgrid_levels
702            END IF
703
704            IF      ( config_flags%rh2qv_method .eq. 1 ) THEN
705               CALL rh_to_mxrat1(grid%rh_gc, grid%t_gc, grid%p_gc, grid%qv_gc ,         &
706                                 config_flags%rh2qv_wrt_liquid ,                        &
707                                 config_flags%qv_max_p_safe ,                           &
708                                 config_flags%qv_max_flag , config_flags%qv_max_value , &
709                                 config_flags%qv_min_p_safe ,                           &
710                                 config_flags%qv_min_flag , config_flags%qv_min_value , &
711                                 ids , ide , jds , jde , 1   , num_metgrid_levels ,     &
712                                 ims , ime , jms , jme , 1   , num_metgrid_levels ,     &
713                                 its , ite , jts , jte , 1   , num_metgrid_levels )
714            ELSE IF ( config_flags%rh2qv_method .eq. 2 ) THEN
715               CALL rh_to_mxrat2(grid%rh_gc, grid%t_gc, grid%p_gc, grid%qv_gc ,         &
716                                 config_flags%rh2qv_wrt_liquid ,                        &
717                                 config_flags%qv_max_p_safe ,                           &
718                                 config_flags%qv_max_flag , config_flags%qv_max_value , &
719                                 config_flags%qv_min_p_safe ,                           &
720                                 config_flags%qv_min_flag , config_flags%qv_min_value , &
721                                 ids , ide , jds , jde , 1   , num_metgrid_levels ,     &
722                                 ims , ime , jms , jme , 1   , num_metgrid_levels ,     &
723                                 its , ite , jts , jte , 1   , num_metgrid_levels )
724            END IF
725
726
727         ELSE IF ( flag_sh .EQ. 1 ) THEN
728            IF ( grid%p_gc(i_valid,num_metgrid_levels,j_valid) .LT. grid%p_gc(i_valid,2,j_valid) ) THEN
729               k = 2
730            ELSE
731               k = num_metgrid_levels
732            END IF
733            IF ( grid%sh_gc(i_valid,kts,j_valid) .LT. 1.e-6 ) THEN
734               DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
735                  DO i = its, MIN(ite,ide-1)
736                     IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
737                     grid%sh_gc(i,1,j) = grid%sh_gc(i,k,j)
738                  END DO
739               END DO
740            END IF
741
742            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
743               DO k = 1 , num_metgrid_levels
744                  DO i = its, MIN(ite,ide-1)
745                     IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
746                     grid%qv_gc(i,k,j) = grid%sh_gc(i,k,j) /( 1. - grid%sh_gc(i,k,j) )
747                     sat_vap_pres_mb = 0.6112*10.*EXP(17.67*(grid%t_gc(i,k,j)-273.15)/(grid%t_gc(i,k,j)-29.65))
748                     vap_pres_mb = grid%qv_gc(i,k,j) * grid%p_gc(i,k,j)/100. / (grid%qv_gc(i,k,j) + 0.622 )
749                     IF ( sat_vap_pres_mb .GT. 0 ) THEN
750                        grid%rh_gc(i,k,j) = ( vap_pres_mb / sat_vap_pres_mb ) * 100.
751                     ELSE
752                        grid%rh_gc(i,k,j) = 0.
753                     END IF
754                  END DO
755               END DO
756            END DO
757
758         END IF
759
760         !  Some data sets do not provide a 3d geopotential height field. 
761
762         IF ( grid%ght_gc(i_valid,grid%num_metgrid_levels/2,j_valid) .LT. 1 ) THEN
763            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
764               DO k = kts+1 , grid%num_metgrid_levels
765                  DO i = its, MIN(ite,ide-1)
766                     IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
767                     grid%ght_gc(i,k,j) = grid%ght_gc(i,k-1,j) - &
768                        R_d / g * 0.5 * ( grid%t_gc(i,k  ,j) * ( 1 + 0.608 * grid%qv_gc(i,k  ,j) ) +   &
769                                          grid%t_gc(i,k-1,j) * ( 1 + 0.608 * grid%qv_gc(i,k-1,j) ) ) * &
770                        LOG ( grid%p_gc(i,k,j) / grid%p_gc(i,k-1,j) )
771                  END DO
772               END DO
773            END DO
774         END IF
775
776         !  Assign surface fields with original input values.  If this is hybrid data,
777         !  the values are not exactly representative.  However - this is only for
778         !  plotting purposes and such at the 0h of the forecast, so we are not all that
779         !  worried.
780
781         DO j = jts, min(jde-1,jte)
782            DO i = its, min(ide,ite)
783               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
784               grid%u10(i,j)=grid%u_gc(i,1,j)
785            END DO
786         END DO
787
788         DO j = jts, min(jde,jte)
789            DO i = its, min(ide-1,ite)
790               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
791               grid%v10(i,j)=grid%v_gc(i,1,j)
792            END DO
793         END DO
794
795         DO j = jts, min(jde-1,jte)
796            DO i = its, min(ide-1,ite)
797               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
798               grid%t2(i,j)=grid%t_gc(i,1,j)
799            END DO
800         END DO
801
802         IF ( flag_qv .EQ. 1 ) THEN
803            DO j = jts, min(jde-1,jte)
804               DO i = its, min(ide-1,ite)
805                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
806                  grid%q2(i,j)=grid%qv_gc(i,1,j)
807               END DO
808            END DO
809         END IF
810
811         !  The requested ptop for real data cases.
812
813         p_top_requested = grid%p_top_requested
814
815         !  Compute the top pressure, grid%p_top.  For isobaric data, this is just the
816         !  top level.  For the generalized vertical coordinate data, we find the
817         !  max pressure on the top level.  We have to be careful of two things:
818         !  1) the value has to be communicated, 2) the value can not increase
819         !  at subsequent times from the initial value.
820
821         IF ( internal_time_loop .EQ. 1 ) THEN
822            CALL find_p_top ( grid%p_gc , grid%p_top , &
823                              ids , ide , jds , jde , 1   , num_metgrid_levels , &
824                              ims , ime , jms , jme , 1   , num_metgrid_levels , &
825                              its , ite , jts , jte , 1   , num_metgrid_levels )
826
827#if ( defined( DM_PARALLEL ) && ( ! defined( STUBMPI ) ) )
828            grid%p_top = wrf_dm_max_real ( grid%p_top )
829#endif
830
831            !  Compare the requested grid%p_top with the value available from the input data.
832
833            IF ( p_top_requested .LT. grid%p_top ) THEN
834               print *,'p_top_requested = ',p_top_requested
835               print *,'allowable grid%p_top in data   = ',grid%p_top
836               CALL wrf_error_fatal ( 'p_top_requested < grid%p_top possible from data' )
837            END IF
838
839            !  The grid%p_top valus is the max of what is available from the data and the
840            !  requested value.  We have already compared <, so grid%p_top is directly set to
841            !  the value in the namelist.
842
843            grid%p_top = p_top_requested
844
845            !  For subsequent times, we have to remember what the grid%p_top for the first
846            !  time was.  Why?  If we have a generalized vert coordinate, the grid%p_top value
847            !  could fluctuate.
848
849            p_top_save = grid%p_top
850
851         ELSE
852            CALL find_p_top ( grid%p_gc , grid%p_top , &
853                              ids , ide , jds , jde , 1   , num_metgrid_levels , &
854                              ims , ime , jms , jme , 1   , num_metgrid_levels , &
855                              its , ite , jts , jte , 1   , num_metgrid_levels )
856
857#if ( defined( DM_PARALLEL ) && ( ! defined( STUBMPI ) ) )
858            grid%p_top = wrf_dm_max_real ( grid%p_top )
859#endif
860            IF ( grid%p_top .GT. p_top_save ) THEN
861               print *,'grid%p_top from last time period = ',p_top_save
862               print *,'grid%p_top from this time period = ',grid%p_top
863               CALL wrf_error_fatal ( 'grid%p_top > previous value' )
864            END IF
865            grid%p_top = p_top_save
866         ENDIF
867
868         !  Get the monthly values interpolated to the current date for the traditional monthly
869         !  fields of green-ness fraction and background albedo.
870
871         CALL monthly_interp_to_date ( grid%greenfrac , current_date , grid%vegfra , &
872                                       ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
873                                       ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
874                                       its , ite , jts , jte , kts , kte )
875
876         CALL monthly_interp_to_date ( grid%albedo12m , current_date , grid%albbck , &
877                                       ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
878                                       ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
879                                       its , ite , jts , jte , kts , kte )
880
881         !  Get the min/max of each i,j for the monthly green-ness fraction.
882
883         CALL monthly_min_max ( grid%greenfrac , grid%shdmin , grid%shdmax , &
884                                ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
885                                ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
886                                its , ite , jts , jte , kts , kte )
887
888         !  The model expects the green-ness values in percent, not fraction.
889
890         DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
891           DO i = its, MIN(ite,ide-1)
892              grid%vegfra(i,j) = grid%vegfra(i,j) * 100.
893              grid%shdmax(i,j) = grid%shdmax(i,j) * 100.
894              grid%shdmin(i,j) = grid%shdmin(i,j) * 100.
895           END DO
896         END DO
897
898         !  The model expects the albedo fields as a fraction, not a percent.  Set the
899         !  water values to 8%.
900
901         DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
902            DO i = its, MIN(ite,ide-1)
903               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
904               grid%albbck(i,j) = grid%albbck(i,j) / 100.
905               grid%snoalb(i,j) = grid%snoalb(i,j) / 100.
906               IF ( grid%landmask(i,j) .LT. 0.5 ) THEN
907                  grid%albbck(i,j) = 0.08
908                  grid%snoalb(i,j) = 0.08
909               END IF
910            END DO
911         END DO
912
913         !  If the pressure levels in the middle of the atmosphere are upside down, then
914         !  this is hybrid data.  Computing the new surface pressure should use sfcprs2.
915
916         IF ( grid%p_gc(i_valid,num_metgrid_levels/2,j_valid) .LT. grid%p_gc(i_valid,num_metgrid_levels/2+1,j_valid) ) THEN
917            config_flags%sfcp_to_sfcp = .TRUE.
918         END IF
919
920         !  Two ways to get the surface pressure.  1) If we have the low-res input surface
921         !  pressure and the low-res topography, then we can do a simple hydrostatic
922         !  relation.  2) Otherwise we compute the surface pressure from the sea-level
923         !  pressure.
924         !  Note that on output, grid%psfc is now hi-res.  The low-res surface pressure and
925         !  elevation are grid%psfc_gc and grid%ht_gc (same as grid%ght_gc(k=1)).
926
927         IF      ( ( flag_psfc    .EQ. 1 ) .AND. &
928                   ( flag_soilhgt .EQ. 1 ) .AND. &
929                   ( flag_slp     .EQ. 1 ) .AND. &
930                   ( .NOT. config_flags%sfcp_to_sfcp ) ) THEN
931            CALL sfcprs3(grid%ght_gc, grid%p_gc, grid%ht, &
932                         grid%pslv_gc, grid%psfc, &
933                         ids , ide , jds , jde , 1   , num_metgrid_levels , &
934                         ims , ime , jms , jme , 1   , num_metgrid_levels , &
935                         its , ite , jts , jte , 1   , num_metgrid_levels )
936         ELSE IF ( ( flag_psfc    .EQ. 1 ) .AND. &
937                   ( flag_soilhgt .EQ. 1 ) .AND. &
938                   ( config_flags%sfcp_to_sfcp ) ) THEN
939            CALL sfcprs2(grid%t_gc, grid%qv_gc, grid%ght_gc, grid%psfc_gc, grid%ht, &
940                         grid%tavgsfc, grid%p_gc, grid%psfc, we_have_tavgsfc, &
941                         ids , ide , jds , jde , 1   , num_metgrid_levels , &
942                         ims , ime , jms , jme , 1   , num_metgrid_levels , &
943                         its , ite , jts , jte , 1   , num_metgrid_levels )
944         ELSE IF ( flag_slp     .EQ. 1 ) THEN
945            CALL sfcprs (grid%t_gc, grid%qv_gc, grid%ght_gc, grid%pslv_gc, grid%ht, &
946                         grid%tavgsfc, grid%p_gc, grid%psfc, we_have_tavgsfc, &
947                         ids , ide , jds , jde , 1   , num_metgrid_levels , &
948                         ims , ime , jms , jme , 1   , num_metgrid_levels , &
949                         its , ite , jts , jte , 1   , num_metgrid_levels )
950         ELSE
951            WRITE(a_message,FMT='(3(A,I2),A,L1)') 'ERROR in psfc: flag_psfc = ',flag_psfc, &
952                                               ', flag_soilhgt = ',flag_soilhgt , &
953                                               ', flag_slp = ',flag_slp , &
954                                               ', sfcp_to_sfcp = ',config_flags%sfcp_to_sfcp
955            CALL wrf_message ( a_message )
956            CALL wrf_error_fatal ( 'not enough info for a p sfc computation' )
957         END IF
958
959         !  If we have no input surface pressure, we'd better stick something in there.
960
961         IF ( flag_psfc .NE. 1 ) THEN
962            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
963              DO i = its, MIN(ite,ide-1)
964                 IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
965                 grid%psfc_gc(i,j) = grid%psfc(i,j)
966                 grid%p_gc(i,1,j) = grid%psfc(i,j)
967              END DO
968            END DO
969         END IF
970
971         !  Integrate the mixing ratio to get the vapor pressure.
972
973         CALL integ_moist ( grid%qv_gc , grid%p_gc , grid%pd_gc , grid%t_gc , grid%ght_gc , grid%intq_gc , &
974                            ids , ide , jds , jde , 1   , num_metgrid_levels , &
975                            ims , ime , jms , jme , 1   , num_metgrid_levels , &
976                            its , ite , jts , jte , 1   , num_metgrid_levels )
977
978         !  If this is UM data, the same moisture removed from the "theta" level pressure data can
979         !  be removed from the "rho" level pressures.  This is an approximation.  We'll revisit to
980         !  see if this is a bad idea.
981
982         IF ( flag_ptheta .EQ. 1 ) THEN
983            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
984               DO k = num_metgrid_levels-1 , 1 , -1
985                  DO i = its, MIN(ite,ide-1)
986                     IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
987                     ptemp = ((grid%p_gc(i,k,j) - grid%pd_gc(i,k,j)) + (grid%p_gc(i,k+1,j) - grid%pd_gc(i,k+1,j)))/2
988                     grid%pdrho_gc(i,k,j) = grid%prho_gc(i,k,j) - ptemp
989                  END DO
990               END DO
991            END DO
992         END IF
993
994
995         !  Compute the difference between the dry, total surface pressure (input) and the
996         !  dry top pressure (constant).
997
998         CALL p_dts ( grid%mu0 , grid%intq_gc , grid%psfc , grid%p_top , &
999                      ids , ide , jds , jde , 1   , num_metgrid_levels , &
1000                      ims , ime , jms , jme , 1   , num_metgrid_levels , &
1001                      its , ite , jts , jte , 1   , num_metgrid_levels )
1002
1003         !  Compute the dry, hydrostatic surface pressure.
1004
1005         CALL p_dhs ( grid%pdhs , grid%ht , p00 , t00 , a , &
1006                      ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1007                      ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1008                      its , ite , jts , jte , kts , kte )
1009
1010         !  Compute the eta levels if not defined already.
1011
1012         IF ( grid%znw(1) .NE. 1.0 ) THEN
1013
1014            eta_levels(1:kde) = model_config_rec%eta_levels(1:kde)
1015            max_dz            = model_config_rec%max_dz
1016
1017            CALL compute_eta ( grid%znw , &
1018                               eta_levels , max_eta , max_dz , &
1019                               grid%p_top , g , p00 , cvpm , a , r_d , cp , t00 , p1000mb , t0 , tiso , &
1020                               ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1021                               ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1022                               its , ite , jts , jte , kts , kte )
1023         END IF
1024
1025         !  The input field is temperature, we want potential temp.
1026
1027         CALL t_to_theta ( grid%t_gc , grid%p_gc , p00 , &
1028                           ids , ide , jds , jde , 1   , num_metgrid_levels , &
1029                           ims , ime , jms , jme , 1   , num_metgrid_levels , &
1030                           its , ite , jts , jte , 1   , num_metgrid_levels )
1031
1032         IF ( flag_slp .EQ. 1 ) THEN
1033
1034            !  On the eta surfaces, compute the dry pressure = mu eta, stored in
1035            !  grid%pb, since it is a pressure, and we don't need another kms:kme 3d
1036            !  array floating around.  The grid%pb array is re-computed as the base pressure
1037            !  later after the vertical interpolations are complete.
1038
1039            CALL p_dry ( grid%mu0 , grid%znw , grid%p_top , grid%pb , want_full_levels , &
1040                         ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1041                         ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1042                         its , ite , jts , jte , kts , kte )
1043
1044            !  All of the vertical interpolations are done in dry-pressure space.  The
1045            !  input data has had the moisture removed (grid%pd_gc).  The target levels (grid%pb)
1046            !  had the vapor pressure removed from the surface pressure, then they were
1047            !  scaled by the eta levels.
1048
1049            interp_type = 2
1050            lagrange_order = grid%lagrange_order
1051            lowest_lev_from_sfc = .FALSE.
1052            use_levels_below_ground = .TRUE.
1053            use_surface = .TRUE.
1054            zap_close_levels = grid%zap_close_levels
1055            force_sfc_in_vinterp = 0
1056            t_extrap_type = grid%t_extrap_type
1057            extrap_type = 1
1058
1059            !  For the height field, the lowest level pressure is the slp (approximately "dry").  The
1060            !  lowest level of the input height field (to be associated with slp) then is an array
1061            !  of zeros.
1062
1063            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
1064               DO i = its, MIN(ite,ide-1)
1065                  grid%psfc_gc(i,j) = grid%pd_gc(i,1,j)
1066                  grid%pd_gc(i,1,j) = grid%pslv_gc(i,j) - ( grid%p_gc(i,1,j) - grid%pd_gc(i,1,j) )
1067                  grid%ht_gc(i,j) = grid%ght_gc(i,1,j)
1068                  grid%ght_gc(i,1,j) = 0.
1069               END DO
1070            END DO
1071
1072            CALL vert_interp ( grid%ght_gc , grid%pd_gc , grid%ph0 , grid%pb , &
1073                               num_metgrid_levels , 'Z' , &
1074                               interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
1075                               lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1076                               zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1077                               ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1078                               ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1079                               its , ite , jts , jte , kts , kte )
1080
1081            !  Put things back to normal.
1082
1083            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
1084               DO i = its, MIN(ite,ide-1)
1085                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1086                  grid%pd_gc(i,1,j) = grid%psfc_gc(i,j)
1087                  grid%ght_gc(i,1,j) = grid%ht_gc(i,j)
1088               END DO
1089            END DO
1090
1091         END IF
1092
1093         !  Now the rest of the variables on half-levels to inteprolate.
1094
1095         CALL p_dry ( grid%mu0 , grid%znw , grid%p_top , grid%pb , want_half_levels , &
1096                      ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1097                      ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1098                      its , ite , jts , jte , kts , kte )
1099
1100         interp_type = grid%interp_type
1101         lagrange_order = grid%lagrange_order
1102         lowest_lev_from_sfc = grid%lowest_lev_from_sfc
1103         use_levels_below_ground = grid%use_levels_below_ground
1104         use_surface = grid%use_surface
1105         zap_close_levels = grid%zap_close_levels
1106         force_sfc_in_vinterp = grid%force_sfc_in_vinterp
1107         t_extrap_type = grid%t_extrap_type
1108         extrap_type = grid%extrap_type
1109
1110         !  Interpolate RH, diagnose Qv later when have temp and pressure.  Temporarily
1111         !  store this in the u_1 space, for later diagnosis into Qv and stored into moist.
1112
1113         CALL vert_interp ( grid%rh_gc , grid%pd_gc , grid%u_1 , grid%pb , &
1114                            num_metgrid_levels , 'Q' , &
1115                            interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
1116                            lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1117                            zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1118                            ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1119                            ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1120                            its , ite , jts , jte , kts , kte )
1121
1122         CALL vert_interp ( grid%t_gc , grid%pd_gc , grid%t_2               , grid%pb , &
1123                            num_metgrid_levels , 'T' , &
1124                            interp_type , lagrange_order , t_extrap_type , &
1125                            lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1126                            zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1127                            ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1128                            ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1129                            its , ite , jts , jte , kts , kte )
1130     
1131         CALL vert_interp ( grid%p_gc , grid%pd_gc , grid%p               , grid%pb , &
1132                            num_metgrid_levels , 'T' , &
1133                            interp_type , lagrange_order , t_extrap_type , &
1134                            lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1135                            zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1136                            ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1137                            ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1138                            its , ite , jts , jte , kts , kte )
1139
1140         !  Do not have full pressure on eta levels, get a first guess at Qv by using
1141         !  dry pressure.  The use of u_1 (rh) and v_1 (temperature) is temporary.
1142         !  We fix the approximation to Qv after the total pressure is available on
1143         !  eta surfaces.
1144
1145         grid%v_1 = grid%t_2
1146         CALL theta_to_t ( grid%v_1 , grid%p  , p00 , &
1147                           ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1148                           ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1149                           its , ite , jts , jte , kts , kte )
1150
1151         IF      ( config_flags%rh2qv_method .eq. 1 ) THEN
1152            CALL rh_to_mxrat1(grid%u_1, grid%v_1, grid%p , moist(:,:,:,P_QV) ,       &
1153                              config_flags%rh2qv_wrt_liquid ,                        &
1154                              config_flags%qv_max_p_safe ,                           &
1155                              config_flags%qv_max_flag , config_flags%qv_max_value , &
1156                              config_flags%qv_min_p_safe ,                           &
1157                              config_flags%qv_min_flag , config_flags%qv_min_value , &
1158                              ids , ide , jds , jde , kds , kde ,                    &
1159                              ims , ime , jms , jme , kms , kme ,                    &
1160                              its , ite , jts , jte , kts , kte-1 )
1161         ELSE IF ( config_flags%rh2qv_method .eq. 2 ) THEN
1162            CALL rh_to_mxrat2(grid%u_1, grid%v_1, grid%p , moist(:,:,:,P_QV) ,       &
1163                              config_flags%rh2qv_wrt_liquid ,                        &
1164                              config_flags%qv_max_p_safe ,                           &
1165                              config_flags%qv_max_flag , config_flags%qv_max_value , &
1166                              config_flags%qv_min_p_safe ,                           &
1167                              config_flags%qv_min_flag , config_flags%qv_min_value , &
1168                              ids , ide , jds , jde , kds , kde ,                    &
1169                              ims , ime , jms , jme , kms , kme ,                    &
1170                              its , ite , jts , jte , kts , kte-1 )
1171         END IF
1172
1173         num_3d_m = num_moist
1174         num_3d_s = num_scalar
1175
1176         IF ( flag_qr .EQ. 1 ) THEN
1177            DO im = PARAM_FIRST_SCALAR, num_3d_m
1178               IF ( im .EQ. P_QR ) THEN
1179                  CALL vert_interp ( grid%qr_gc , grid%pd_gc , moist(:,:,:,P_QR) , grid%pb , &
1180                                     num_metgrid_levels , 'Q' , &
1181                                     interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
1182                                     lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1183                                     zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1184                                     ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1185                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1186                                     its , ite , jts , jte , kts , kte )
1187               END IF
1188            END DO
1189         END IF
1190
1191         IF ( flag_qc .EQ. 1 ) THEN
1192            DO im = PARAM_FIRST_SCALAR, num_3d_m
1193               IF ( im .EQ. P_QC ) THEN
1194                  CALL vert_interp ( grid%qc_gc , grid%pd_gc , moist(:,:,:,P_QC) , grid%pb , &
1195                                     num_metgrid_levels , 'Q' , &
1196                                     interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
1197                                     lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1198                                     zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1199                                     ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1200                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1201                                     its , ite , jts , jte , kts , kte )
1202               END IF
1203            END DO
1204         END IF
1205
1206         IF ( flag_qi .EQ. 1 ) THEN
1207            DO im = PARAM_FIRST_SCALAR, num_3d_m
1208               IF ( im .EQ. P_QI ) THEN
1209                  CALL vert_interp ( grid%qi_gc , grid%pd_gc , moist(:,:,:,P_QI) , grid%pb , &
1210                                     num_metgrid_levels , 'Q' , &
1211                                     interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
1212                                     lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1213                                     zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1214                                     ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1215                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1216                                     its , ite , jts , jte , kts , kte )
1217               END IF
1218            END DO
1219         END IF
1220
1221         IF ( flag_qs .EQ. 1 ) THEN
1222            DO im = PARAM_FIRST_SCALAR, num_3d_m
1223               IF ( im .EQ. P_QS ) THEN
1224                  CALL vert_interp ( grid%qs_gc , grid%pd_gc , moist(:,:,:,P_QS) , grid%pb , &
1225                                     num_metgrid_levels , 'Q' , &
1226                                     interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
1227                                     lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1228                                     zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1229                                     ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1230                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1231                                     its , ite , jts , jte , kts , kte )
1232               END IF
1233            END DO
1234         END IF
1235
1236         IF ( flag_qg .EQ. 1 ) THEN
1237            DO im = PARAM_FIRST_SCALAR, num_3d_m
1238               IF ( im .EQ. P_QG ) THEN
1239                  CALL vert_interp ( grid%qg_gc , grid%pd_gc , moist(:,:,:,P_QG) , grid%pb , &
1240                                     num_metgrid_levels , 'Q' , &
1241                                     interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
1242                                     lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1243                                     zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1244                                     ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1245                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1246                                     its , ite , jts , jte , kts , kte )
1247               END IF
1248            END DO
1249         END IF
1250
1251         IF ( flag_qh .EQ. 1 ) THEN
1252            DO im = PARAM_FIRST_SCALAR, num_3d_m
1253               IF ( im .EQ. P_QH ) THEN
1254                  CALL vert_interp ( grid%qh_gc , grid%pd_gc , moist(:,:,:,P_QH) , grid%pb , &
1255                                     num_metgrid_levels , 'Q' , &
1256                                     interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
1257                                     lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1258                                     zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1259                                     ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1260                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1261                                     its , ite , jts , jte , kts , kte )
1262               END IF
1263            END DO
1264         END IF
1265
1266         IF ( flag_qni .EQ. 1 ) THEN
1267            DO im = PARAM_FIRST_SCALAR, num_3d_s
1268               IF ( im .EQ. P_QNI ) THEN
1269                  CALL vert_interp ( grid%qni_gc , grid%pd_gc , scalar(:,:,:,P_QNI) , grid%pb , &
1270                                     num_metgrid_levels , 'Q' , &
1271                                     interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
1272                                     lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1273                                     zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1274                                     ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1275                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1276                                     its , ite , jts , jte , kts , kte )
1277               END IF
1278            END DO
1279         END IF
1280
1281         !  If this is UM data, put the dry rho-based pressure back into the dry pressure array.
1282         !  Since the dry pressure is no longer needed, no biggy.
1283
1284         IF ( flag_ptheta .EQ. 1 ) THEN
1285            DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
1286               DO k = 1 , num_metgrid_levels
1287                  DO i = its, MIN(ite,ide-1)
1288                     IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1289                     grid%pd_gc(i,k,j) = grid%prho_gc(i,k,j)
1290                  END DO
1291               END DO
1292            END DO
1293         END IF
1294
1295#ifdef DM_PARALLEL
1296         ips = its ; ipe = ite ; jps = jts ; jpe = jte ; kps = kts ; kpe = kte
1297
1298         !  For the U and V vertical interpolation, we need the pressure defined
1299         !  at both the locations for the horizontal momentum, which we get by
1300         !  averaging two pressure values (i and i-1 for U, j and j-1 for V).  The
1301         !  pressure field on input (grid%pd_gc) and the pressure of the new coordinate
1302         !  (grid%pb) are both communicated with an 8 stencil.
1303
1304#   include "HALO_EM_VINTERP_UV_1.inc"
1305#endif
1306
1307         CALL vert_interp ( grid%u_gc , grid%pd_gc , grid%u_2               , grid%pb , &
1308                            num_metgrid_levels , 'U' , &
1309                            interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
1310                            lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1311                            zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1312                            ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1313                            ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1314                            its , ite , jts , jte , kts , kte )
1315
1316         CALL vert_interp ( grid%v_gc , grid%pd_gc , grid%v_2               , grid%pb , &
1317                            num_metgrid_levels , 'V' , &
1318                            interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
1319                            lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
1320                            zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
1321                            ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1322                            ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1323                            its , ite , jts , jte , kts , kte )
1324
1325      END IF     !   <----- END OF VERTICAL INTERPOLATION PART ---->
1326
1327      ! Set the temperature of the inland lakes to tavgsfc if the temperature is available
1328      ! and islake is > num_veg_cat
1329
1330      num_veg_cat      = SIZE ( grid%landusef , DIM=2 )
1331      CALL nl_get_iswater ( grid%id , grid%iswater )
1332      CALL nl_get_islake  ( grid%id , grid%islake )
1333
1334      IF ( grid%islake < 0 ) THEN
1335         CALL wrf_debug ( 0 , 'Old data, no inland lake information')
1336      ELSE
1337         IF ( we_have_tavgsfc ) THEN
1338
1339            CALL wrf_debug ( 0 , 'Using inland lakes with average surface temperature')
1340            DO j=jts,MIN(jde-1,jte)
1341               DO i=its,MIN(ide-1,ite)
1342                  IF ( grid%landusef(i,grid%islake,j) >= 0.5 ) THEN
1343                     IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1344                     grid%sst(i,j) = grid%tavgsfc(i,j)
1345                     grid%tsk(i,j) = grid%tavgsfc(i,j)
1346                  END IF
1347               END DO
1348            END DO
1349
1350         ELSE     ! We don't have tavgsfc
1351
1352            CALL wrf_debug ( 0 , 'No average surface temperature for use with inland lakes')
1353
1354         END IF
1355         DO j=jts,MIN(jde-1,jte)
1356            DO i=its,MIN(ide-1,ite)
1357               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1358               grid%landusef(i,grid%iswater,j) = grid%landusef(i,grid%iswater,j) + &
1359                                                 grid%landusef(i,grid%islake,j)
1360               grid%landusef(i,grid%islake,j) = 0.
1361            END DO
1362         END DO
1363
1364      END IF
1365
1366      !  Save the grid%tsk field for later use in the sea ice surface temperature
1367      !  for the Noah LSM scheme.
1368
1369      DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
1370         DO i = its, MIN(ite,ide-1)
1371            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1372            grid%tsk_save(i,j) = grid%tsk(i,j)
1373         END DO
1374      END DO
1375
1376      !  Protect against bad grid%tsk values over water by supplying grid%sst (if it is
1377      !  available, and if the grid%sst is reasonable).
1378
1379      DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1380         DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1381            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1382            IF ( ( grid%landmask(i,j) .LT. 0.5 ) .AND. ( flag_sst .EQ. 1 ) .AND. &
1383                 ( grid%sst(i,j) .GT. 170. ) .AND. ( grid%sst(i,j) .LT. 400. ) ) THEN
1384               grid%tsk(i,j) = grid%sst(i,j)
1385            ENDIF
1386         END DO
1387      END DO
1388
1389      !  Take the data from the input file and store it in the variables that
1390      !  use the WRF naming and ordering conventions.
1391
1392      DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
1393         DO i = its, MIN(ite,ide-1)
1394            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1395            IF ( grid%snow(i,j) .GE. 10. ) then
1396               grid%snowc(i,j) = 1.
1397            ELSE
1398               grid%snowc(i,j) = 0.0
1399            END IF
1400         END DO
1401      END DO
1402
1403      !  Set flag integers for presence of snowh and soilw fields
1404
1405      grid%ifndsnowh = flag_snowh
1406      IF (num_sw_levels_input .GE. 1) THEN
1407         grid%ifndsoilw = 1
1408      ELSE
1409         grid%ifndsoilw = 0
1410      END IF
1411
1412      !  We require input data for the various LSM schemes.
1413
1414      enough_data : SELECT CASE ( model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) )
1415
1416         CASE (LSMSCHEME)
1417            IF ( num_st_levels_input .LT. 2 ) THEN
1418               CALL wrf_error_fatal ( 'Not enough soil temperature data for Noah LSM scheme.')
1419            END IF
1420
1421         CASE (RUCLSMSCHEME)
1422            IF ( num_st_levels_input .LT. 2 ) THEN
1423               CALL wrf_error_fatal ( 'Not enough soil temperature data for RUC LSM scheme.')
1424            END IF
1425
1426         CASE (PXLSMSCHEME)
1427            IF ( num_st_levels_input .LT. 2 ) THEN
1428               CALL wrf_error_fatal ( 'Not enough soil temperature data for P-X LSM scheme.')
1429            END IF
1430
1431      END SELECT enough_data
1432
1433      interpolate_soil_tmw : SELECT CASE ( model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) )
1434
1435         CASE ( SLABSCHEME , LSMSCHEME , RUCLSMSCHEME, PXLSMSCHEME )
1436            CALL process_soil_real ( grid%tsk , grid%tmn , grid%tavgsfc,  &
1437                                  grid%landmask , grid%sst , grid%ht, grid%toposoil, &
1438                                  st_input , sm_input , sw_input , &
1439                                  st_levels_input , sm_levels_input , sw_levels_input , &
1440                                  grid%zs , grid%dzs , grid%tslb , grid%smois , grid%sh2o , &
1441                                  flag_sst , flag_tavgsfc, &
1442                                  flag_soilhgt, flag_soil_layers, flag_soil_levels, &
1443                                  ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1444                                  ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1445                                  its , ite , jts , jte , kts , kte , &
1446                                  model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) , &
1447                                  model_config_rec%num_soil_layers , &
1448                                  model_config_rec%real_data_init_type , &
1449                                  num_st_levels_input , num_sm_levels_input , num_sw_levels_input , &
1450                                  num_st_levels_alloc , num_sm_levels_alloc , num_sw_levels_alloc )
1451
1452      END SELECT interpolate_soil_tmw
1453
1454      !  surface_input_source=1 => use data from static file (fractional category as input)
1455      !  surface_input_source=2 => use data from grib file (dominant category as input)
1456      !  surface_input_source=3 => use dominant data from static file (dominant category as input)
1457
1458      IF ( config_flags%surface_input_source .EQ. 1 ) THEN
1459
1460      !  Generate the vegetation and soil category information from the fractional input
1461      !  data, or use the existing dominant category fields if they exist.
1462
1463         grid%vegcat (its,jts) = 0
1464         grid%soilcat(its,jts) = 0
1465
1466         num_veg_cat      = SIZE ( grid%landusef , DIM=2 )
1467         num_soil_top_cat = SIZE ( grid%soilctop , DIM=2 )
1468         num_soil_bot_cat = SIZE ( grid%soilcbot , DIM=2 )
1469
1470         CALL process_percent_cat_new ( grid%landmask , &
1471                                    grid%landusef , grid%soilctop , grid%soilcbot , &
1472                                    grid%isltyp , grid%ivgtyp , &
1473                                    num_veg_cat , num_soil_top_cat , num_soil_bot_cat , &
1474                                    ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1475                                    ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1476                                    its , ite , jts , jte , kts , kte , &
1477                                    model_config_rec%iswater(grid%id) )
1478
1479         !  Make all the veg/soil parms the same so as not to confuse the developer.
1480
1481         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
1482            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
1483               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1484               grid%vegcat(i,j)  = grid%ivgtyp(i,j)
1485               grid%soilcat(i,j) = grid%isltyp(i,j)
1486            END DO
1487         END DO
1488
1489      ELSE IF ( config_flags%surface_input_source .EQ. 2 ) THEN
1490
1491         !  Do we have dominant soil and veg data from the input already?
1492
1493         IF ( grid%soilcat(i_valid,j_valid) .GT. 0.5 ) THEN
1494            DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1495               DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1496                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1497                  grid%isltyp(i,j) = NINT( grid%soilcat(i,j) )
1498               END DO
1499            END DO
1500         END IF
1501         IF ( grid%vegcat(i_valid,j_valid) .GT. 0.5 ) THEN
1502            DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1503               DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1504                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1505                  grid%ivgtyp(i,j) = NINT( grid%vegcat(i,j) )
1506               END DO
1507            END DO
1508         END IF
1509
1510      ELSE IF ( config_flags%surface_input_source .EQ. 3 ) THEN
1511
1512         !  Do we have dominant soil and veg data from the static input already?
1513
1514         IF ( grid%sct_dom_gc(i_valid,j_valid) .GT. 0.5 ) THEN
1515            DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1516               DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1517                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1518                  grid%isltyp(i,j) = NINT( grid%sct_dom_gc(i,j) )
1519                  grid%soilcat(i,j) = grid%isltyp(i,j)
1520               END DO
1521            END DO
1522         ELSE
1523            WRITE ( a_message , * ) 'You have set surface_input_source = 3, but your geogrid data does not have valid dominant soil data.'
1524            CALL wrf_error_fatal ( a_message )
1525         END IF
1526         IF ( grid%lu_index(i_valid,j_valid) .GT. 0.5 ) THEN
1527            DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1528               DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1529                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1530                  grid%ivgtyp(i,j) = NINT( grid%lu_index(i,j) )
1531                  grid%vegcat(i,j) = grid%ivgtyp(i,j)
1532               END DO
1533            END DO
1534         ELSE
1535            WRITE ( a_message , * ) 'You have set surface_input_source = 3, but your geogrid data does not have valid dominant land use data.'
1536            CALL wrf_error_fatal ( a_message )
1537         END IF
1538
1539      END IF
1540
1541      !  Adjustments for the seaice field PRIOR to the grid%tslb computations.  This is
1542      !  is for the 5-layer scheme.
1543
1544      num_veg_cat      = SIZE ( grid%landusef , DIM=2 )
1545      num_soil_top_cat = SIZE ( grid%soilctop , DIM=2 )
1546      num_soil_bot_cat = SIZE ( grid%soilcbot , DIM=2 )
1547      CALL nl_get_seaice_threshold ( grid%id , grid%seaice_threshold )
1548      CALL nl_get_isice ( grid%id , grid%isice )
1549      CALL nl_get_iswater ( grid%id , grid%iswater )
1550      CALL adjust_for_seaice_pre ( grid%xice , grid%landmask , grid%tsk , grid%ivgtyp , grid%vegcat , grid%lu_index , &
1551                                   grid%xland , grid%landusef , grid%isltyp , grid%soilcat , grid%soilctop , &
1552                                   grid%soilcbot , grid%tmn , &
1553                                   grid%seaice_threshold , &
1554                                   config_flags%fractional_seaice, &
1555                                   num_veg_cat , num_soil_top_cat , num_soil_bot_cat , &
1556                                   grid%iswater , grid%isice , &
1557                                   model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) , &
1558                                   ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1559                                   ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1560                                   its , ite , jts , jte , kts , kte )
1561
1562      !  Land use assignment.
1563
1564      DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1565         DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1566            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1567            grid%lu_index(i,j) = grid%ivgtyp(i,j)
1568            IF ( grid%lu_index(i,j) .NE. model_config_rec%iswater(grid%id) ) THEN
1569               grid%landmask(i,j) = 1
1570               grid%xland(i,j)    = 1
1571            ELSE
1572               grid%landmask(i,j) = 0
1573               grid%xland(i,j)    = 2
1574            END IF
1575         END DO
1576      END DO
1577
1578
1579      !  Fix grid%tmn and grid%tsk.
1580
1581      fix_tsk_tmn : SELECT CASE ( model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) )
1582
1583         CASE ( SLABSCHEME , LSMSCHEME , RUCLSMSCHEME, PXLSMSCHEME )
1584            DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1585               DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1586                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1587                  IF ( ( grid%landmask(i,j) .LT. 0.5 ) .AND. ( flag_sst .EQ. 1 ) .AND. &
1588                       ( grid%sst(i,j) .GT. 170. ) .AND. ( grid%sst(i,j) .LT. 400. ) ) THEN
1589                     grid%tmn(i,j) = grid%sst(i,j)
1590                     grid%tsk(i,j) = grid%sst(i,j)
1591                  ELSE IF ( grid%landmask(i,j) .LT. 0.5 ) THEN
1592                     grid%tmn(i,j) = grid%tsk(i,j)
1593                  END IF
1594               END DO
1595            END DO
1596      END SELECT fix_tsk_tmn
1597
1598      !  Is the grid%tsk reasonable?
1599
1600      IF ( internal_time_loop .NE. 1 ) THEN
1601         DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1602            DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1603               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1604               IF ( grid%tsk(i,j) .LT. 170 .or. grid%tsk(i,j) .GT. 400. ) THEN
1605                  grid%tsk(i,j) = grid%t_2(i,1,j)
1606               END IF
1607            END DO
1608         END DO
1609      ELSE
1610         DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1611            DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1612               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1613               IF ( grid%tsk(i,j) .LT. 170 .or. grid%tsk(i,j) .GT. 400. ) THEN
1614                  print *,'error in the grid%tsk'
1615                  print *,'i,j=',i,j
1616                  print *,'grid%landmask=',grid%landmask(i,j)
1617                  print *,'grid%tsk, grid%sst, grid%tmn=',grid%tsk(i,j),grid%sst(i,j),grid%tmn(i,j)
1618                  if(grid%tmn(i,j).gt.170. .and. grid%tmn(i,j).lt.400.)then
1619                     grid%tsk(i,j)=grid%tmn(i,j)
1620                  else if(grid%sst(i,j).gt.170. .and. grid%sst(i,j).lt.400.)then
1621                     grid%tsk(i,j)=grid%sst(i,j)
1622                  else
1623                     CALL wrf_error_fatal ( 'grid%tsk unreasonable' )
1624                  end if
1625               END IF
1626            END DO
1627         END DO
1628      END IF
1629
1630      !  Is the grid%tmn reasonable?
1631
1632      DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1633         DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1634            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1635            IF ( ( ( grid%tmn(i,j) .LT. 170. ) .OR. ( grid%tmn(i,j) .GT. 400. ) ) &
1636               .AND. ( grid%landmask(i,j) .GT. 0.5 ) ) THEN
1637               IF ( model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) .NE. LSMSCHEME ) THEN
1638                  print *,'error in the grid%tmn'
1639                  print *,'i,j=',i,j
1640                  print *,'grid%landmask=',grid%landmask(i,j)
1641                  print *,'grid%tsk, grid%sst, grid%tmn=',grid%tsk(i,j),grid%sst(i,j),grid%tmn(i,j)
1642               END IF
1643
1644               if(grid%tsk(i,j).gt.170. .and. grid%tsk(i,j).lt.400.)then
1645                  grid%tmn(i,j)=grid%tsk(i,j)
1646               else if(grid%sst(i,j).gt.170. .and. grid%sst(i,j).lt.400.)then
1647                  grid%tmn(i,j)=grid%sst(i,j)
1648               else
1649                  CALL wrf_error_fatal ( 'grid%tmn unreasonable' )
1650               endif
1651            END IF
1652         END DO
1653      END DO
1654   
1655
1656      !  Minimum soil values, residual, from RUC LSM scheme.  For input from Noah or EC, and using
1657      !  RUC LSM scheme, this must be subtracted from the input total soil moisture.  For
1658      !  input RUC data and using the Noah LSM scheme, this value must be added to the soil
1659      !  moisture input.
1660
1661      lqmi(1:num_soil_top_cat) = &
1662      (/0.045, 0.057, 0.065, 0.067, 0.034, 0.078, 0.10,     &
1663        0.089, 0.095, 0.10,  0.070, 0.068, 0.078, 0.0,      &
1664        0.004, 0.065 /)
1665!       0.004, 0.065, 0.020, 0.004, 0.008 /)  !  has extra levels for playa, lava, and white sand
1666
1667      !  At the initial time we care about values of soil moisture and temperature, other times are
1668      !  ignored by the model, so we ignore them, too.
1669
1670      IF ( domain_ClockIsStartTime(grid) ) THEN
1671         account_for_zero_soil_moisture : SELECT CASE ( model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) )
1672
1673            CASE ( LSMSCHEME )
1674               iicount = 0
1675               IF      ( flag_soil_layers == 1 ) THEN
1676                  DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1677                     DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1678                        IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1679                        IF ( (grid%landmask(i,j).gt.0.5) .and. ( grid%tslb(i,1,j) .gt. 170 ) .and. &
1680                             ( grid%tslb(i,1,j) .lt. 400 ) .and. ( grid%smois(i,1,j) .lt. 0.005 ) ) then
1681                           print *,'Noah -> Noah: bad soil moisture at i,j = ',i,j,grid%smois(i,:,j)
1682                           iicount = iicount + 1
1683                           grid%smois(i,:,j) = 0.005
1684                        END IF
1685                     END DO
1686                  END DO
1687                  IF ( iicount .GT. 0 ) THEN
1688                     print *,'Noah -> Noah: total number of small soil moisture locations = ',iicount
1689                  END IF
1690               ELSE IF ( flag_soil_levels == 1 ) THEN
1691                  DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1692                     DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1693                        IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1694                        grid%smois(i,:,j) = MAX ( grid%smois(i,:,j) + lqmi(grid%isltyp(i,j)) , 0.005 )
1695                     END DO
1696                  END DO
1697                  DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1698                     DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1699                        IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1700                        IF ( (grid%landmask(i,j).gt.0.5) .and. ( grid%tslb(i,1,j) .gt. 170 ) .and. &
1701                             ( grid%tslb(i,1,j) .lt. 400 ) .and. ( grid%smois(i,1,j) .lt. 0.005 ) ) then
1702                           print *,'RUC -> Noah: bad soil moisture at i,j = ',i,j,grid%smois(i,:,j)
1703                           iicount = iicount + 1
1704                           grid%smois(i,:,j) = 0.005
1705                        END IF
1706                     END DO
1707                  END DO
1708                  IF ( iicount .GT. 0 ) THEN
1709                     print *,'RUC -> Noah: total number of small soil moisture locations = ',iicount
1710                  END IF
1711               END IF
1712
1713            CASE ( RUCLSMSCHEME )
1714               iicount = 0
1715               IF      ( flag_soil_layers == 1 ) THEN
1716                  DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1717                     DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1718                        IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1719                        grid%smois(i,:,j) = MAX ( grid%smois(i,:,j) - lqmi(grid%isltyp(i,j)) , 0.005 )
1720                     END DO
1721                  END DO
1722               ELSE IF ( flag_soil_levels == 1 ) THEN
1723                  ! no op
1724               END IF
1725
1726             CASE ( PXLSMSCHEME )
1727               iicount = 0
1728               IF ( flag_soil_layers == 1 ) THEN
1729                  ! no op
1730               ELSE IF ( flag_soil_levels == 1 ) THEN
1731                  DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1732                     DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1733                        IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1734                        grid%smois(i,:,j) = MAX ( grid%smois(i,:,j) + lqmi(grid%isltyp(i,j)) , 0.005 )
1735                     END DO
1736                  END DO
1737               END IF
1738
1739         END SELECT account_for_zero_soil_moisture
1740      END IF
1741
1742      !  Is the grid%tslb reasonable?
1743
1744      IF ( internal_time_loop .NE. 1 ) THEN
1745         DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1746            DO ns = 1 , model_config_rec%num_soil_layers
1747               DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1748                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1749                  IF ( grid%tslb(i,ns,j) .LT. 170 .or. grid%tslb(i,ns,j) .GT. 400. ) THEN
1750                     grid%tslb(i,ns,j) = grid%t_2(i,1,j)
1751                     grid%smois(i,ns,j) = 0.3
1752                  END IF
1753               END DO
1754            END DO
1755         END DO
1756      ELSE
1757         DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1758            DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1759               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1760               IF ( ( ( grid%tslb(i,1,j) .LT. 170. ) .OR. ( grid%tslb(i,1,j) .GT. 400. ) ) .AND. &
1761                       ( grid%landmask(i,j) .GT. 0.5 ) ) THEN
1762                     IF ( ( model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) .NE. LSMSCHEME    ) .AND. &
1763                          ( model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) .NE. RUCLSMSCHEME ).AND. &
1764                          ( model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) .NE. PXLSMSCHEME ) ) THEN
1765                        print *,'error in the grid%tslb'
1766                        print *,'i,j=',i,j
1767                        print *,'grid%landmask=',grid%landmask(i,j)
1768                        print *,'grid%tsk, grid%sst, grid%tmn=',grid%tsk(i,j),grid%sst(i,j),grid%tmn(i,j)
1769                        print *,'grid%tslb = ',grid%tslb(i,:,j)
1770                        print *,'old grid%smois = ',grid%smois(i,:,j)
1771                        grid%smois(i,1,j) = 0.3
1772                        grid%smois(i,2,j) = 0.3
1773                        grid%smois(i,3,j) = 0.3
1774                        grid%smois(i,4,j) = 0.3
1775                     END IF
1776
1777                     IF ( (grid%tsk(i,j).GT.170. .AND. grid%tsk(i,j).LT.400.) .AND. &
1778                          (grid%tmn(i,j).GT.170. .AND. grid%tmn(i,j).LT.400.) ) THEN
1779                        fake_soil_temp : SELECT CASE ( model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) )
1780                           CASE ( SLABSCHEME )
1781                              DO ns = 1 , model_config_rec%num_soil_layers
1782                                 grid%tslb(i,ns,j) = ( grid%tsk(i,j)*(3.0 - grid%zs(ns)) + &
1783                                                       grid%tmn(i,j)*(0.0 - grid%zs(ns)) ) /(3.0 - 0.0)
1784                              END DO
1785                           CASE ( LSMSCHEME , RUCLSMSCHEME, PXLSMSCHEME )
1786                              CALL wrf_error_fatal ( 'Assigned constant soil moisture to 0.3, stopping')
1787                              DO ns = 1 , model_config_rec%num_soil_layers
1788                                 grid%tslb(i,ns,j) = ( grid%tsk(i,j)*(3.0 - grid%zs(ns)) + &
1789                                                       grid%tmn(i,j)*(0.0 - grid%zs(ns)) ) /(3.0 - 0.0)
1790                              END DO
1791                        END SELECT fake_soil_temp
1792                     else if(grid%tsk(i,j).gt.170. .and. grid%tsk(i,j).lt.400.)then
1793                        CALL wrf_error_fatal ( 'grid%tslb unreasonable 1' )
1794                        DO ns = 1 , model_config_rec%num_soil_layers
1795                           grid%tslb(i,ns,j)=grid%tsk(i,j)
1796                        END DO
1797                     else if(grid%sst(i,j).gt.170. .and. grid%sst(i,j).lt.400.)then
1798                        CALL wrf_error_fatal ( 'grid%tslb unreasonable 2' )
1799                        DO ns = 1 , model_config_rec%num_soil_layers
1800                           grid%tslb(i,ns,j)=grid%sst(i,j)
1801                        END DO
1802                     else if(grid%tmn(i,j).gt.170. .and. grid%tmn(i,j).lt.400.)then
1803                        CALL wrf_error_fatal ( 'grid%tslb unreasonable 3' )
1804                        DO ns = 1 , model_config_rec%num_soil_layers
1805                           grid%tslb(i,ns,j)=grid%tmn(i,j)
1806                        END DO
1807                     else
1808                        CALL wrf_error_fatal ( 'grid%tslb unreasonable 4' )
1809                     endif
1810               END IF
1811            END DO
1812         END DO
1813      END IF
1814
1815      !  Adjustments for the seaice field AFTER the grid%tslb computations.  This is
1816      !  is for the Noah LSM scheme.
1817
1818      num_veg_cat      = SIZE ( grid%landusef , DIM=2 )
1819      num_soil_top_cat = SIZE ( grid%soilctop , DIM=2 )
1820      num_soil_bot_cat = SIZE ( grid%soilcbot , DIM=2 )
1821      CALL nl_get_seaice_threshold ( grid%id , grid%seaice_threshold )
1822      CALL nl_get_isice ( grid%id , grid%isice )
1823      CALL nl_get_iswater ( grid%id , grid%iswater )
1824      CALL adjust_for_seaice_post ( grid%xice , grid%landmask , grid%tsk , grid%tsk_save , &
1825                                    grid%ivgtyp , grid%vegcat , grid%lu_index , &
1826                                    grid%xland , grid%landusef , grid%isltyp , grid%soilcat ,  &
1827                                    grid%soilctop , &
1828                                    grid%soilcbot , grid%tmn , grid%vegfra , &
1829                                    grid%tslb , grid%smois , grid%sh2o , &
1830                                    grid%seaice_threshold , &
1831                                    grid%sst,flag_sst, &
1832                                    config_flags%fractional_seaice, &
1833                                    num_veg_cat , num_soil_top_cat , num_soil_bot_cat , &
1834                                    model_config_rec%num_soil_layers , &
1835                                    grid%iswater , grid%isice , &
1836                                    model_config_rec%sf_surface_physics(grid%id) , &
1837                                    ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
1838                                    ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
1839                                    its , ite , jts , jte , kts , kte )
1840
1841      !  Let us make sure (again) that the grid%landmask and the veg/soil categories match.
1842
1843oops1=0
1844oops2=0
1845      DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1846         DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1847            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1848            IF ( ( ( grid%landmask(i,j) .LT. 0.5 ) .AND. &
1849                   ( grid%ivgtyp(i,j) .NE. config_flags%iswater .OR. grid%isltyp(i,j) .NE. 14 ) ) .OR. &
1850                 ( ( grid%landmask(i,j) .GT. 0.5 ) .AND. &
1851                   ( grid%ivgtyp(i,j) .EQ. config_flags%iswater .OR. grid%isltyp(i,j) .EQ. 14 ) ) ) THEN
1852               IF ( grid%tslb(i,1,j) .GT. 1. ) THEN
1853oops1=oops1+1
1854                  grid%ivgtyp(i,j) = 5
1855                  grid%isltyp(i,j) = 8
1856                  grid%landmask(i,j) = 1
1857                  grid%xland(i,j) = 1
1858               ELSE IF ( grid%sst(i,j) .GT. 1. ) THEN
1859oops2=oops2+1
1860                  grid%ivgtyp(i,j) = config_flags%iswater
1861                  grid%isltyp(i,j) = 14
1862                  grid%landmask(i,j) = 0
1863                  grid%xland(i,j) = 2
1864               ELSE
1865                  print *,'the grid%landmask and soil/veg cats do not match'
1866                  print *,'i,j=',i,j
1867                  print *,'grid%landmask=',grid%landmask(i,j)
1868                  print *,'grid%ivgtyp=',grid%ivgtyp(i,j)
1869                  print *,'grid%isltyp=',grid%isltyp(i,j)
1870                  print *,'iswater=', config_flags%iswater
1871                  print *,'grid%tslb=',grid%tslb(i,:,j)
1872                  print *,'grid%sst=',grid%sst(i,j)
1873                  CALL wrf_error_fatal ( 'mismatch_landmask_ivgtyp' )
1874               END IF
1875            END IF
1876         END DO
1877      END DO
1878if (oops1.gt.0) then
1879print *,'points artificially set to land : ',oops1
1880endif
1881if(oops2.gt.0) then
1882print *,'points artificially set to water: ',oops2
1883endif
1884! fill grid%sst array with grid%tsk if missing in real input (needed for time-varying grid%sst in wrf)
1885      DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1886         DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1887           IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1888           IF ( flag_sst .NE. 1 ) THEN
1889             grid%sst(i,j) = grid%tsk(i,j)
1890           ENDIF
1891         END DO
1892      END DO
1893!tgs set snoalb to land value if the water point is covered with ice
1894      DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
1895         DO i = its, MIN(ide-1,ite)
1896           IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1897           IF ( grid%ivgtyp(i,j) .EQ. config_flags%isice) THEN
1898             grid%snoalb(i,j) = 0.75
1899           ENDIF
1900         END DO
1901      END DO
1902
1903      !  From the full level data, we can get the half levels, reciprocals, and layer
1904      !  thicknesses.  These are all defined at half level locations, so one less level.
1905      !  We allow the vertical coordinate to *accidently* come in upside down.  We want
1906      !  the first full level to be the ground surface.
1907
1908      !  Check whether grid%znw (full level) data are truly full levels. If not, we need to adjust them
1909      !  to be full levels.
1910      !  in this test, we check if grid%znw(1) is neither 0 nor 1 (within a tolerance of 10**-5)
1911
1912      were_bad = .false.
1913      IF ( ( (grid%znw(1).LT.(1-1.E-5) ) .OR. ( grid%znw(1).GT.(1+1.E-5) ) ).AND. &
1914           ( (grid%znw(1).LT.(0-1.E-5) ) .OR. ( grid%znw(1).GT.(0+1.E-5) ) ) ) THEN
1915         were_bad = .true.
1916         print *,'Your grid%znw input values are probably half-levels. '
1917         print *,grid%znw
1918         print *,'WRF expects grid%znw values to be full levels. '
1919         print *,'Adjusting now to full levels...'
1920         !  We want to ignore the first value if it's negative
1921         IF (grid%znw(1).LT.0) THEN
1922            grid%znw(1)=0
1923         END IF
1924         DO k=2,kde
1925            grid%znw(k)=2*grid%znw(k)-grid%znw(k-1)
1926         END DO
1927      END IF
1928
1929      !  Let's check our changes
1930
1931      IF ( ( ( grid%znw(1) .LT. (1-1.E-5) ) .OR. ( grid%znw(1) .GT. (1+1.E-5) ) ).AND. &
1932           ( ( grid%znw(1) .LT. (0-1.E-5) ) .OR. ( grid%znw(1) .GT. (0+1.E-5) ) ) ) THEN
1933         print *,'The input grid%znw height values were half-levels or erroneous. '
1934         print *,'Attempts to treat the values as half-levels and change them '
1935         print *,'to valid full levels failed.'
1936         CALL wrf_error_fatal("bad grid%znw values from input files")
1937      ELSE IF ( were_bad ) THEN
1938         print *,'...adjusted. grid%znw array now contains full eta level values. '
1939      ENDIF
1940
1941      IF ( grid%znw(1) .LT. grid%znw(kde) ) THEN
1942         DO k=1, kde/2
1943            hold_znw = grid%znw(k)
1944            grid%znw(k)=grid%znw(kde+1-k)
1945            grid%znw(kde+1-k)=hold_znw
1946         END DO
1947      END IF
1948
1949      DO k=1, kde-1
1950         grid%dnw(k) = grid%znw(k+1) - grid%znw(k)
1951         grid%rdnw(k) = 1./grid%dnw(k)
1952         grid%znu(k) = 0.5*(grid%znw(k+1)+grid%znw(k))
1953      END DO
1954
1955      !  Now the same sort of computations with the half eta levels, even ANOTHER
1956      !  level less than the one above.
1957
1958      DO k=2, kde-1
1959         grid%dn(k) = 0.5*(grid%dnw(k)+grid%dnw(k-1))
1960         grid%rdn(k) = 1./grid%dn(k)
1961         grid%fnp(k) = .5* grid%dnw(k  )/grid%dn(k)
1962         grid%fnm(k) = .5* grid%dnw(k-1)/grid%dn(k)
1963      END DO
1964
1965      !  Scads of vertical coefficients.
1966
1967      cof1 = (2.*grid%dn(2)+grid%dn(3))/(grid%dn(2)+grid%dn(3))*grid%dnw(1)/grid%dn(2)
1968      cof2 =     grid%dn(2)        /(grid%dn(2)+grid%dn(3))*grid%dnw(1)/grid%dn(3)
1969
1970      grid%cf1  = grid%fnp(2) + cof1
1971      grid%cf2  = grid%fnm(2) - cof1 - cof2
1972      grid%cf3  = cof2
1973
1974      grid%cfn  = (.5*grid%dnw(kde-1)+grid%dn(kde-1))/grid%dn(kde-1)
1975      grid%cfn1 = -.5*grid%dnw(kde-1)/grid%dn(kde-1)
1976
1977      !  Inverse grid distances.
1978
1979      grid%rdx = 1./config_flags%dx
1980      grid%rdy = 1./config_flags%dy
1981
1982      !  Some of the many weird geopotential initializations that we'll see today: grid%ph0 is total,
1983      !  and grid%ph_2 is a perturbation from the base state geopotential.  We set the base geopotential
1984      !  at the lowest level to terrain elevation * gravity.
1985
1986      DO j=jts,jte
1987         DO i=its,ite
1988            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
1989            grid%ph0(i,1,j) = grid%ht(i,j) * g
1990            grid%ph_2(i,1,j) = 0.
1991         END DO
1992      END DO
1993
1994      !  Base state potential temperature and inverse density (alpha = 1/rho) from
1995      !  the half eta levels and the base-profile surface pressure.  Compute 1/rho
1996      !  from equation of state.  The potential temperature is a perturbation from t0.
1997
1998      DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
1999         DO i = its, MIN(ite,ide-1)
2000
2001            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
2002   
2003            !  Base state pressure is a function of eta level and terrain, only, plus
2004            !  the hand full of constants: p00 (sea level pressure, Pa), t00 (sea level
2005            !  temperature, K), and A (temperature difference, from 1000 mb to 300 mb, K).
2006
2007            p_surf = p00 * EXP ( -t00/a + ( (t00/a)**2 - 2.*g*grid%ht(i,j)/a/r_d ) **0.5 )
2008
2009
2010            DO k = 1, kte-1
2011               grid%php(i,k,j) = grid%znw(k)*(p_surf - grid%p_top) + grid%p_top ! temporary, full lev base pressure
2012               grid%pb(i,k,j) = grid%znu(k)*(p_surf - grid%p_top) + grid%p_top
2013               temp = MAX ( tiso, t00 + A*LOG(grid%pb(i,k,j)/p00) )
2014!              temp =             t00 + A*LOG(grid%pb(i,k,j)/p00)
2015               grid%t_init(i,k,j) = temp*(p00/grid%pb(i,k,j))**(r_d/cp) - t0
2016               grid%alb(i,k,j) = (r_d/p1000mb)*(grid%t_init(i,k,j)+t0)*(grid%pb(i,k,j)/p1000mb)**cvpm
2017            END DO
2018
2019            !  Base state mu is defined as base state surface pressure minus grid%p_top
2020
2021            grid%mub(i,j) = p_surf - grid%p_top
2022
2023            !  Dry surface pressure is defined as the following (this mu is from the input file
2024            !  computed from the dry pressure).  Here the dry pressure is just reconstituted.
2025
2026            pd_surf = grid%mu0(i,j) + grid%p_top
2027
2028            !  Integrate base geopotential, starting at terrain elevation.  This assures that
2029            !  the base state is in exact hydrostatic balance with respect to the model equations.
2030            !  This field is on full levels.
2031
2032            grid%phb(i,1,j) = grid%ht(i,j) * g
2033            DO k  = 2,kte
2034               grid%phb(i,k,j) = grid%phb(i,k-1,j) - grid%dnw(k-1)*grid%mub(i,j)*grid%alb(i,k-1,j)
2035            END DO
2036         END DO
2037      END DO
2038
2039      !  Fill in the outer rows and columns to allow us to be sloppy.
2040
2041      IF ( ite .EQ. ide ) THEN
2042      i = ide
2043      DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
2044         grid%mub(i,j) = grid%mub(i-1,j)
2045         grid%mu_2(i,j) = grid%mu_2(i-1,j)
2046         DO k = 1, kte-1
2047            grid%pb(i,k,j) = grid%pb(i-1,k,j)
2048            grid%t_init(i,k,j) = grid%t_init(i-1,k,j)
2049            grid%alb(i,k,j) = grid%alb(i-1,k,j)
2050         END DO
2051         DO k = 1, kte
2052            grid%phb(i,k,j) = grid%phb(i-1,k,j)
2053         END DO
2054      END DO
2055      END IF
2056
2057      IF ( jte .EQ. jde ) THEN
2058      j = jde
2059      DO i = its, ite
2060         grid%mub(i,j) = grid%mub(i,j-1)
2061         grid%mu_2(i,j) = grid%mu_2(i,j-1)
2062         DO k = 1, kte-1
2063            grid%pb(i,k,j) = grid%pb(i,k,j-1)
2064            grid%t_init(i,k,j) = grid%t_init(i,k,j-1)
2065            grid%alb(i,k,j) = grid%alb(i,k,j-1)
2066         END DO
2067         DO k = 1, kte
2068            grid%phb(i,k,j) = grid%phb(i,k,j-1)
2069         END DO
2070      END DO
2071      END IF
2072
2073      !  Compute the perturbation dry pressure (grid%mub + grid%mu_2 + ptop = dry grid%psfc).
2074
2075      DO j = jts, min(jde-1,jte)
2076         DO i = its, min(ide-1,ite)
2077            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
2078            grid%mu_2(i,j) = grid%mu0(i,j) - grid%mub(i,j)
2079         END DO
2080      END DO
2081
2082      !  Fill in the outer rows and columns to allow us to be sloppy.
2083
2084      IF ( ite .EQ. ide ) THEN
2085      i = ide
2086      DO j = jts, MIN(jde-1,jte)
2087         grid%mu_2(i,j) = grid%mu_2(i-1,j)
2088      END DO
2089      END IF
2090
2091      IF ( jte .EQ. jde ) THEN
2092      j = jde
2093      DO i = its, ite
2094         grid%mu_2(i,j) = grid%mu_2(i,j-1)
2095      END DO
2096      END IF
2097
2098      lev500 = 0
2099      DO j = jts, min(jde-1,jte)
2100         DO i = its, min(ide-1,ite)
2101            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
2102
2103            !  Assign the potential temperature (perturbation from t0) and qv on all the mass
2104            !  point locations.
2105
2106            DO k =  1 , kde-1
2107               grid%t_2(i,k,j)          = grid%t_2(i,k,j) - t0
2108            END DO
2109
2110            dpmu = 10001.
2111            loop_count = 0
2112
2113            DO WHILE ( ( ABS(dpmu) .GT. 10. ) .AND. &
2114                       ( loop_count .LT. 5 ) )
2115
2116               loop_count = loop_count + 1
2117
2118               !  Integrate the hydrostatic equation (from the RHS of the bigstep vertical momentum
2119               !  equation) down from the top to get the pressure perturbation.  First get the pressure
2120               !  perturbation, moisture, and inverse density (total and perturbation) at the top-most level.
2121
2122               k = kte-1
2123
2124               qvf1 = 0.5*(moist(i,k,j,P_QV)+moist(i,k,j,P_QV))
2125               qvf2 = 1./(1.+qvf1)
2126               qvf1 = qvf1*qvf2
2127
2128               grid%p(i,k,j) = - 0.5*(grid%mu_2(i,j)+qvf1*grid%mub(i,j))/grid%rdnw(k)/qvf2
2129               qvf = 1. + rvovrd*moist(i,k,j,P_QV)
2130               grid%alt(i,k,j) = (r_d/p1000mb)*(grid%t_2(i,k,j)+t0)*qvf&
2131                                 *(((grid%p(i,k,j)+grid%pb(i,k,j))/p1000mb)**cvpm)
2132               grid%al(i,k,j) = grid%alt(i,k,j) - grid%alb(i,k,j)
2133               grid%p_hyd(i,k,j) = grid%p(i,k,j) + grid%pb(i,k,j)
2134
2135               !  Now, integrate down the column to compute the pressure perturbation, and diagnose the two
2136               !  inverse density fields (total and perturbation).
2137
2138               DO k=kte-2,1,-1
2139                  qvf1 = 0.5*(moist(i,k,j,P_QV)+moist(i,k+1,j,P_QV))
2140                  qvf2 = 1./(1.+qvf1)
2141                  qvf1 = qvf1*qvf2
2142                  grid%p(i,k,j) = grid%p(i,k+1,j) - (grid%mu_2(i,j) + qvf1*grid%mub(i,j))/qvf2/grid%rdn(k+1)
2143                  qvf = 1. + rvovrd*moist(i,k,j,P_QV)
2144                  grid%alt(i,k,j) = (r_d/p1000mb)*(grid%t_2(i,k,j)+t0)*qvf* &
2145                              (((grid%p(i,k,j)+grid%pb(i,k,j))/p1000mb)**cvpm)
2146                  grid%al(i,k,j) = grid%alt(i,k,j) - grid%alb(i,k,j)
2147                  grid%p_hyd(i,k,j) = grid%p(i,k,j) + grid%pb(i,k,j)
2148               END DO
2149
2150#if 1
2151               !  This is the hydrostatic equation used in the model after the small timesteps.  In
2152               !  the model, grid%al (inverse density) is computed from the geopotential.
2153
2154               DO k  = 2,kte
2155                  grid%ph_2(i,k,j) = grid%ph_2(i,k-1,j) - &
2156                                grid%dnw(k-1) * ( (grid%mub(i,j)+grid%mu_2(i,j))*grid%al(i,k-1,j) &
2157                              + grid%mu_2(i,j)*grid%alb(i,k-1,j) )
2158                  grid%ph0(i,k,j) = grid%ph_2(i,k,j) + grid%phb(i,k,j)
2159               END DO
2160#else
2161               !  Get the perturbation geopotential from the 3d height array from WPS.
2162
2163               DO k  = 2,kte
2164                  grid%ph_2(i,k,j) = grid%ph0(i,k,j)*g - grid%phb(i,k,j)
2165               END DO
2166#endif
2167
2168               !  Adjust the column pressure so that the computed 500 mb height is close to the
2169               !  input value (of course, not when we are doing hybrid input).
2170
2171               IF ( ( flag_metgrid .EQ. 1 ) .AND. ( i .EQ. i_valid ) .AND. ( j .EQ. j_valid ) ) THEN
2172                  DO k = 1 , num_metgrid_levels
2173                     IF ( ABS ( grid%p_gc(i,k,j) - 50000. ) .LT. 1. ) THEN
2174                        lev500 = k
2175                        EXIT
2176                     END IF
2177                  END DO
2178               END IF
2179
2180               !  We only do the adjustment of height if we have the input data on pressure
2181               !  surfaces, and folks have asked to do this option.
2182
2183               IF ( ( flag_metgrid .EQ. 1 ) .AND. &
2184                    ( flag_ptheta  .EQ. 1 ) .AND. &
2185                    ( config_flags%adjust_heights ) .AND. &
2186                    ( lev500 .NE. 0 ) ) THEN
2187
2188                  DO k = 2 , kte-1
2189
2190                     !  Get the pressures on the full eta levels (grid%php is defined above as
2191                     !  the full-lev base pressure, an easy array to use for 3d space).
2192
2193                     pl = grid%php(i,k  ,j) + &
2194                          ( grid%p(i,k-1  ,j) * ( grid%znw(k    ) - grid%znu(k  ) ) + &
2195                            grid%p(i,k    ,j) * ( grid%znu(k-1  ) - grid%znw(k  ) ) ) / &
2196                          ( grid%znu(k-1  ) - grid%znu(k  ) )
2197                     pu = grid%php(i,k+1,j) + &
2198                          ( grid%p(i,k-1+1,j) * ( grid%znw(k  +1) - grid%znu(k+1) ) + &
2199                            grid%p(i,k  +1,j) * ( grid%znu(k-1+1) - grid%znw(k+1) ) ) / &
2200                          ( grid%znu(k-1+1) - grid%znu(k+1) )
2201
2202                     !  If these pressure levels trap 500 mb, use them to interpolate
2203                     !  to the 500 mb level of the computed height.
2204
2205                     IF ( ( pl .GE. 50000. ) .AND. ( pu .LT. 50000. ) ) THEN
2206                        zl = ( grid%ph_2(i,k  ,j) + grid%phb(i,k  ,j) ) / g
2207                        zu = ( grid%ph_2(i,k+1,j) + grid%phb(i,k+1,j) ) / g
2208
2209                        z500 = ( zl * ( LOG(50000.) - LOG(pu    ) ) + &
2210                                 zu * ( LOG(pl    ) - LOG(50000.) ) ) / &
2211                               ( LOG(pl) - LOG(pu) )
2212!                       z500 = ( zl * (    (50000.) -    (pu    ) ) + &
2213!                                zu * (    (pl    ) -    (50000.) ) ) / &
2214!                              (    (pl) -    (pu) )
2215
2216                        !  Compute the difference of the 500 mb heights (computed minus input), and
2217                        !  then the change in grid%mu_2.  The grid%php is still full-levels, base pressure.
2218
2219                        dz500 = z500 - grid%ght_gc(i,lev500,j)
2220                        tvsfc = ((grid%t_2(i,1,j)+t0)*((grid%p(i,1,j)+grid%php(i,1,j))/p1000mb)**(r_d/cp)) * &
2221                                (1.+0.6*moist(i,1,j,P_QV))
2222                        dpmu = ( grid%php(i,1,j) + grid%p(i,1,j) ) * EXP ( g * dz500 / ( r_d * tvsfc ) )
2223                        dpmu = dpmu - ( grid%php(i,1,j) + grid%p(i,1,j) )
2224                        grid%mu_2(i,j) = grid%mu_2(i,j) - dpmu
2225                        EXIT
2226                     END IF
2227
2228                  END DO
2229               ELSE
2230                  dpmu = 0.
2231               END IF
2232
2233            END DO
2234
2235         END DO
2236      END DO
2237     
2238      !  If this is data from the SI, then we probably do not have the original
2239      !  surface data laying around.  Note that these are all the lowest levels
2240      !  of the respective 3d arrays.  For surface pressure, we assume that the
2241      !  vertical gradient of grid%p prime is zilch.  This is not all that important.
2242      !  These are filled in so that the various plotting routines have something
2243      !  to play with at the initial time for the model.
2244
2245      IF ( flag_metgrid .NE. 1 ) THEN
2246         DO j = jts, min(jde-1,jte)
2247            DO i = its, min(ide,ite)
2248               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
2249               grid%u10(i,j)=grid%u_2(i,1,j)
2250            END DO
2251         END DO
2252
2253         DO j = jts, min(jde,jte)
2254            DO i = its, min(ide-1,ite)
2255               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
2256               grid%v10(i,j)=grid%v_2(i,1,j)
2257            END DO
2258         END DO
2259
2260         DO j = jts, min(jde-1,jte)
2261            DO i = its, min(ide-1,ite)
2262               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
2263               p_surf = p00 * EXP ( -t00/a + ( (t00/a)**2 - 2.*g*grid%ht(i,j)/a/r_d ) **0.5 )
2264               grid%psfc(i,j)=p_surf + grid%p(i,1,j)
2265               grid%q2(i,j)=moist(i,1,j,P_QV)
2266               grid%th2(i,j)=grid%t_2(i,1,j)+300.
2267               grid%t2(i,j)=grid%th2(i,j)*(((grid%p(i,1,j)+grid%pb(i,1,j))/p00)**(r_d/cp))
2268            END DO
2269         END DO
2270
2271      !  If this data is from WPS, then we have previously assigned the surface
2272      !  data for u, v, and t.  If we have an input qv, welp, we assigned that one,
2273      !  too.  Now we pick up the left overs, and if RH came in - we assign the
2274      !  mixing ratio.
2275
2276      ELSE IF ( flag_metgrid .EQ. 1 ) THEN
2277
2278         DO j = jts, min(jde-1,jte)
2279            DO i = its, min(ide-1,ite)
2280               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
2281               p_surf = p00 * EXP ( -t00/a + ( (t00/a)**2 - 2.*g*grid%ht(i,j)/a/r_d ) **0.5 )
2282!              grid%psfc(i,j)=p_surf + grid%p(i,1,j)
2283               grid%th2(i,j)=grid%t2(i,j)*(p00/(grid%p(i,1,j)+grid%pb(i,1,j)))**(r_d/cp)
2284            END DO
2285         END DO
2286         IF ( flag_qv .NE. 1 ) THEN
2287            DO j = jts, min(jde-1,jte)
2288               DO i = its, min(ide-1,ite)
2289                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
2290                  grid%q2(i,j)=moist(i,1,j,P_QV)
2291               END DO
2292            END DO
2293         END IF
2294
2295      END IF
2296      CALL cpu_time(t_end)
2297
2298!  Set flag to denote that we are saving original values of HT, MUB, and
2299!  PHB for 2-way nesting and cycling.
2300
2301      grid%save_topo_from_real=1
2302
2303      ips = its ; ipe = ite ; jps = jts ; jpe = jte ; kps = kts ; kpe = kte
2304#ifdef DM_PARALLEL
2305#   include "HALO_EM_INIT_1.inc"
2306#   include "HALO_EM_INIT_2.inc"
2307#   include "HALO_EM_INIT_3.inc"
2308#   include "HALO_EM_INIT_4.inc"
2309#   include "HALO_EM_INIT_5.inc"
2310#endif
2311
2312      RETURN
2313
2314   END SUBROUTINE init_domain_rk
2315
2316!---------------------------------------------------------------------
2317
2318   SUBROUTINE const_module_initialize ( p00 , t00 , a , tiso )
2319      USE module_configure
2320      IMPLICIT NONE
2321      !  For the real-data-cases only.
2322      REAL , INTENT(OUT) :: p00 , t00 , a , tiso
2323      CALL nl_get_base_pres  ( 1 , p00 )
2324      CALL nl_get_base_temp  ( 1 , t00 )
2325      CALL nl_get_base_lapse ( 1 , a   )
2326      CALL nl_get_iso_temp   ( 1 , tiso )
2327   END SUBROUTINE const_module_initialize
2328
2329!-------------------------------------------------------------------
2330
2331   SUBROUTINE rebalance_driver ( grid )
2332
2333      IMPLICIT NONE
2334
2335      TYPE (domain)          :: grid
2336
2337      CALL rebalance( grid &
2338!
2339#include "actual_new_args.inc"
2340!
2341      )
2342
2343   END SUBROUTINE rebalance_driver
2344
2345!---------------------------------------------------------------------
2346
2347   SUBROUTINE rebalance ( grid  &
2348!
2349#include "dummy_new_args.inc"
2350!
2351                        )
2352      IMPLICIT NONE
2353
2354      TYPE (domain)          :: grid
2355
2356#include "dummy_new_decl.inc"
2357
2358      TYPE (grid_config_rec_type)              :: config_flags
2359
2360      REAL :: p_surf ,  pd_surf, p_surf_int , pb_int , ht_hold
2361      REAL :: qvf , qvf1 , qvf2
2362      REAL :: p00 , t00 , a , tiso
2363      REAL , DIMENSION(:,:,:) , ALLOCATABLE :: t_init_int
2364
2365      !  Local domain indices and counters.
2366
2367      INTEGER :: num_veg_cat , num_soil_top_cat , num_soil_bot_cat
2368
2369      INTEGER                             ::                       &
2370                                     ids, ide, jds, jde, kds, kde, &
2371                                     ims, ime, jms, jme, kms, kme, &
2372                                     its, ite, jts, jte, kts, kte, &
2373                                     ips, ipe, jps, jpe, kps, kpe, &
2374                                     i, j, k
2375
2376      REAL    :: temp, temp_int
2377
2378      SELECT CASE ( model_data_order )
2379         CASE ( DATA_ORDER_ZXY )
2380            kds = grid%sd31 ; kde = grid%ed31 ;
2381            ids = grid%sd32 ; ide = grid%ed32 ;
2382            jds = grid%sd33 ; jde = grid%ed33 ;
2383
2384            kms = grid%sm31 ; kme = grid%em31 ;
2385            ims = grid%sm32 ; ime = grid%em32 ;
2386            jms = grid%sm33 ; jme = grid%em33 ;
2387
2388            kts = grid%sp31 ; kte = grid%ep31 ;   ! note that tile is entire patch
2389            its = grid%sp32 ; ite = grid%ep32 ;   ! note that tile is entire patch
2390            jts = grid%sp33 ; jte = grid%ep33 ;   ! note that tile is entire patch
2391
2392         CASE ( DATA_ORDER_XYZ )
2393            ids = grid%sd31 ; ide = grid%ed31 ;
2394            jds = grid%sd32 ; jde = grid%ed32 ;
2395            kds = grid%sd33 ; kde = grid%ed33 ;
2396
2397            ims = grid%sm31 ; ime = grid%em31 ;
2398            jms = grid%sm32 ; jme = grid%em32 ;
2399            kms = grid%sm33 ; kme = grid%em33 ;
2400
2401            its = grid%sp31 ; ite = grid%ep31 ;   ! note that tile is entire patch
2402            jts = grid%sp32 ; jte = grid%ep32 ;   ! note that tile is entire patch
2403            kts = grid%sp33 ; kte = grid%ep33 ;   ! note that tile is entire patch
2404
2405         CASE ( DATA_ORDER_XZY )
2406            ids = grid%sd31 ; ide = grid%ed31 ;
2407            kds = grid%sd32 ; kde = grid%ed32 ;
2408            jds = grid%sd33 ; jde = grid%ed33 ;
2409
2410            ims = grid%sm31 ; ime = grid%em31 ;
2411            kms = grid%sm32 ; kme = grid%em32 ;
2412            jms = grid%sm33 ; jme = grid%em33 ;
2413
2414            its = grid%sp31 ; ite = grid%ep31 ;   ! note that tile is entire patch
2415            kts = grid%sp32 ; kte = grid%ep32 ;   ! note that tile is entire patch
2416            jts = grid%sp33 ; jte = grid%ep33 ;   ! note that tile is entire patch
2417
2418      END SELECT
2419
2420      ALLOCATE ( t_init_int(ims:ime,kms:kme,jms:jme) )
2421
2422      !  Fill config_flags the options for a particular domain
2423
2424      CALL model_to_grid_config_rec ( grid%id , model_config_rec , config_flags )
2425
2426      !  Some of the many weird geopotential initializations that we'll see today: grid%ph0 is total,
2427      !  and grid%ph_2 is a perturbation from the base state geopotential.  We set the base geopotential
2428      !  at the lowest level to terrain elevation * gravity.
2429
2430      DO j=jts,jte
2431         DO i=its,ite
2432            grid%ph0(i,1,j) = grid%ht_fine(i,j) * g
2433            grid%ph_2(i,1,j) = 0.
2434         END DO
2435      END DO
2436
2437      !  To define the base state, we call a USER MODIFIED routine to set the three
2438      !  necessary constants:  p00 (sea level pressure, Pa), t00 (sea level temperature, K),
2439      !  and A (temperature difference, from 1000 mb to 300 mb, K), and constant stratosphere
2440      !  temp (tiso, K) either from input file or from namelist (for backward compatibiliy).
2441
2442      IF ( config_flags%use_baseparam_fr_nml ) then
2443      ! get these from namelist
2444         CALL wrf_message('ndown: using namelist constants')
2445         CALL const_module_initialize ( p00 , t00 , a , tiso )
2446      ELSE
2447      ! get these constants from model data
2448         CALL wrf_message('ndown: using constants from file')
2449         t00  = grid%t00
2450         p00  = grid%p00
2451         a    = grid%tlp
2452         tiso = grid%tiso
2453
2454         IF (t00 .LT. 100. .or. p00 .LT. 10000.) THEN
2455            WRITE(wrf_err_message,*)&
2456      'ndown_em: did not find base state parameters in wrfout. Add use_baseparam_fr_nml = .t. in &dynamics and rerun'
2457            CALL wrf_error_fatal(TRIM(wrf_err_message))
2458         ENDIF
2459      ENDIF
2460
2461      !  Base state potential temperature and inverse density (alpha = 1/rho) from
2462      !  the half eta levels and the base-profile surface pressure.  Compute 1/rho
2463      !  from equation of state.  The potential temperature is a perturbation from t0.
2464
2465      DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
2466         DO i = its, MIN(ite,ide-1)
2467
2468            !  Base state pressure is a function of eta level and terrain, only, plus
2469            !  the hand full of constants: p00 (sea level pressure, Pa), t00 (sea level
2470            !  temperature, K), and A (temperature difference, from 1000 mb to 300 mb, K).
2471            !  The fine grid terrain is ht_fine, the interpolated is grid%ht.
2472
2473            p_surf     = p00 * EXP ( -t00/a + ( (t00/a)**2 - 2.*g*grid%ht_fine(i,j)/a/r_d ) **0.5 )
2474            p_surf_int = p00 * EXP ( -t00/a + ( (t00/a)**2 - 2.*g*grid%ht(i,j)     /a/r_d ) **0.5 )
2475
2476            DO k = 1, kte-1
2477               grid%pb(i,k,j) = grid%znu(k)*(p_surf     - grid%p_top) + grid%p_top
2478               pb_int    = grid%znu(k)*(p_surf_int - grid%p_top) + grid%p_top
2479               temp = MAX ( tiso, t00 + A*LOG(grid%pb(i,k,j)/p00) )
2480!              temp =             t00 + A*LOG(pb/p00)
2481               grid%t_init(i,k,j) = temp*(p00/grid%pb(i,k,j))**(r_d/cp) - t0
2482!              grid%t_init(i,k,j)    = (t00 + A*LOG(grid%pb(i,k,j)/p00))*(p00/grid%pb(i,k,j))**(r_d/cp) - t0
2483               temp_int = MAX ( tiso, t00 + A*LOG(pb_int   /p00) )
2484               t_init_int(i,k,j)= temp_int*(p00/pb_int   )**(r_d/cp) - t0
2485!              t_init_int(i,k,j)= (t00 + A*LOG(pb_int   /p00))*(p00/pb_int   )**(r_d/cp) - t0
2486               grid%alb(i,k,j) = (r_d/p1000mb)*(grid%t_init(i,k,j)+t0)*(grid%pb(i,k,j)/p1000mb)**cvpm
2487            END DO
2488
2489            !  Base state mu is defined as base state surface pressure minus grid%p_top
2490
2491            grid%mub(i,j) = p_surf - grid%p_top
2492
2493            !  Dry surface pressure is defined as the following (this mu is from the input file
2494            !  computed from the dry pressure).  Here the dry pressure is just reconstituted.
2495
2496            pd_surf = ( grid%mub(i,j) + grid%mu_2(i,j) ) + grid%p_top
2497
2498            !  Integrate base geopotential, starting at terrain elevation.  This assures that
2499            !  the base state is in exact hydrostatic balance with respect to the model equations.
2500            !  This field is on full levels.
2501
2502            grid%phb(i,1,j) = grid%ht_fine(i,j) * g
2503            DO k  = 2,kte
2504               grid%phb(i,k,j) = grid%phb(i,k-1,j) - grid%dnw(k-1)*grid%mub(i,j)*grid%alb(i,k-1,j)
2505            END DO
2506         END DO
2507      END DO
2508
2509      !  Replace interpolated terrain with fine grid values.
2510
2511      DO j = jts, MIN(jte,jde-1)
2512         DO i = its, MIN(ite,ide-1)
2513            grid%ht(i,j) = grid%ht_fine(i,j)
2514         END DO
2515      END DO
2516
2517      !  Perturbation fields.
2518
2519      DO j = jts, min(jde-1,jte)
2520         DO i = its, min(ide-1,ite)
2521
2522            !  The potential temperature is THETAnest = THETAinterp + ( TBARnest - TBARinterp)
2523
2524            DO k =  1 , kde-1
2525               grid%t_2(i,k,j) = grid%t_2(i,k,j) + ( grid%t_init(i,k,j) - t_init_int(i,k,j) )
2526            END DO
2527
2528            !  Integrate the hydrostatic equation (from the RHS of the bigstep vertical momentum
2529            !  equation) down from the top to get the pressure perturbation.  First get the pressure
2530            !  perturbation, moisture, and inverse density (total and perturbation) at the top-most level.
2531
2532            k = kte-1
2533
2534            qvf1 = 0.5*(moist(i,k,j,P_QV)+moist(i,k,j,P_QV))
2535            qvf2 = 1./(1.+qvf1)
2536            qvf1 = qvf1*qvf2
2537
2538            grid%p(i,k,j) = - 0.5*(grid%mu_2(i,j)+qvf1*grid%mub(i,j))/grid%rdnw(k)/qvf2
2539            qvf = 1. + rvovrd*moist(i,k,j,P_QV)
2540            grid%alt(i,k,j) = (r_d/p1000mb)*(grid%t_2(i,k,j)+t0)*qvf* &
2541                                 (((grid%p(i,k,j)+grid%pb(i,k,j))/p1000mb)**cvpm)
2542            grid%al(i,k,j) = grid%alt(i,k,j) - grid%alb(i,k,j)
2543
2544            !  Now, integrate down the column to compute the pressure perturbation, and diagnose the two
2545            !  inverse density fields (total and perturbation).
2546
2547            DO k=kte-2,1,-1
2548               qvf1 = 0.5*(moist(i,k,j,P_QV)+moist(i,k+1,j,P_QV))
2549               qvf2 = 1./(1.+qvf1)
2550               qvf1 = qvf1*qvf2
2551               grid%p(i,k,j) = grid%p(i,k+1,j) - (grid%mu_2(i,j) + qvf1*grid%mub(i,j))/qvf2/grid%rdn(k+1)
2552               qvf = 1. + rvovrd*moist(i,k,j,P_QV)
2553               grid%alt(i,k,j) = (r_d/p1000mb)*(grid%t_2(i,k,j)+t0)*qvf* &
2554                           (((grid%p(i,k,j)+grid%pb(i,k,j))/p1000mb)**cvpm)
2555               grid%al(i,k,j) = grid%alt(i,k,j) - grid%alb(i,k,j)
2556            END DO
2557
2558            !  This is the hydrostatic equation used in the model after the small timesteps.  In
2559            !  the model, grid%al (inverse density) is computed from the geopotential.
2560
2561            DO k  = 2,kte
2562               grid%ph_2(i,k,j) = grid%ph_2(i,k-1,j) - &
2563                             grid%dnw(k-1) * ( (grid%mub(i,j)+grid%mu_2(i,j))*grid%al(i,k-1,j) &
2564                           + grid%mu_2(i,j)*grid%alb(i,k-1,j) )
2565               grid%ph0(i,k,j) = grid%ph_2(i,k,j) + grid%phb(i,k,j)
2566            END DO
2567
2568         END DO
2569      END DO
2570
2571      DEALLOCATE ( t_init_int )
2572
2573      ips = its ; ipe = ite ; jps = jts ; jpe = jte ; kps = kts ; kpe = kte
2574#ifdef DM_PARALLEL
2575#   include "HALO_EM_INIT_1.inc"
2576#   include "HALO_EM_INIT_2.inc"
2577#   include "HALO_EM_INIT_3.inc"
2578#   include "HALO_EM_INIT_4.inc"
2579#   include "HALO_EM_INIT_5.inc"
2580#endif
2581   END SUBROUTINE rebalance
2582
2583!---------------------------------------------------------------------
2584
2585   RECURSIVE SUBROUTINE find_my_parent ( grid_ptr_in , grid_ptr_out , id_i_am , id_wanted , found_the_id )
2586
2587!  RAR - Modified to correct problem in which the parent of a child domain could
2588!  not be found in the namelist. This condition typically occurs while using the
2589!  "allow_grid" namelist option when an inactive domain comes before an active
2590!  domain in the list, i.e., the domain number of the active domain is greater than
2591!  that of an inactive domain at the same level.
2592!     
2593      USE module_domain
2594
2595      TYPE(domain) , POINTER :: grid_ptr_in , grid_ptr_out
2596      TYPE(domain) , POINTER :: grid_ptr_sibling
2597      INTEGER :: id_wanted , id_i_am
2598      INTEGER :: nest                    ! RAR
2599      LOGICAL :: found_the_id
2600
2601      found_the_id = .FALSE.
2602      grid_ptr_sibling => grid_ptr_in
2603      nest = 0                           ! RAR
2604
2605      DO WHILE ( ASSOCIATED ( grid_ptr_sibling ) )
2606
2607         IF ( grid_ptr_sibling%grid_id .EQ. id_wanted ) THEN
2608            found_the_id = .TRUE.
2609            grid_ptr_out => grid_ptr_sibling
2610            RETURN
2611! RAR    ELSE IF ( grid_ptr_sibling%num_nests .GT. 0 ) THEN
2612         ELSE IF ( grid_ptr_sibling%num_nests .GT. 0 .AND. nest .LT. grid_ptr_sibling%num_nests ) THEN
2613            nest = nest + 1               ! RAR
2614            grid_ptr_sibling => grid_ptr_sibling%nests(nest)%ptr ! RAR
2615            CALL find_my_parent ( grid_ptr_sibling , grid_ptr_out , id_i_am , id_wanted , found_the_id )
2616            IF (.NOT. found_the_id) grid_ptr_sibling => grid_ptr_sibling%parents(1)%ptr   ! RAR
2617         ELSE
2618            grid_ptr_sibling => grid_ptr_sibling%sibling
2619         END IF
2620
2621      END DO
2622
2623   END SUBROUTINE find_my_parent
2624
2625!---------------------------------------------------------------------
2626
2627   RECURSIVE SUBROUTINE find_my_parent2 ( grid_ptr_in , grid_ptr_out , id_wanted , found_the_id )
2628
2629      USE module_domain
2630
2631      TYPE(domain) , POINTER               :: grid_ptr_in
2632      TYPE(domain) , POINTER               :: grid_ptr_out
2633      INTEGER                , INTENT(IN ) :: id_wanted
2634      LOGICAL                , INTENT(OUT) :: found_the_id
2635
2636      !  Local
2637
2638      TYPE(domain) , POINTER :: grid_ptr_holder
2639      INTEGER :: kid
2640
2641      !  Initializations
2642
2643      found_the_id = .FALSE.
2644      grid_ptr_holder => grid_ptr_in
2645
2646
2647      !  Have we found the correct location?  If so, we can just pop back up with
2648      !  the pointer to the right location (i.e. the parent), thank you very much.
2649
2650      IF ( id_wanted .EQ. grid_ptr_in%grid_id ) THEN
2651
2652         found_the_id = .TRUE.
2653         grid_ptr_out => grid_ptr_in
2654
2655
2656      !  We gotta keep looking.
2657
2658      ELSE
2659
2660      !  We drill down and process each nest from this domain.  We don't have to
2661      !  worry about siblings, as we are running over all of the kids for this parent,
2662      !  so it amounts to the same set of domains being tested. 
2663
2664         loop_over_all_kids : DO kid = 1 , grid_ptr_in%num_nests
2665
2666            IF ( ASSOCIATED ( grid_ptr_in%nests(kid)%ptr ) ) THEN
2667
2668               CALL find_my_parent2 ( grid_ptr_in%nests(kid)%ptr , grid_ptr_out , id_wanted , found_the_id )
2669               IF ( found_the_id ) THEN
2670                  EXIT loop_over_all_kids
2671               END IF
2672
2673            END IF
2674         END DO loop_over_all_kids
2675
2676      END IF
2677
2678   END SUBROUTINE find_my_parent2
2679
2680#endif
2681
2682!---------------------------------------------------------------------
2683
2684#ifdef VERT_UNIT
2685
2686!This is a main program for a small unit test for the vertical interpolation.
2687
2688program vint
2689
2690   implicit none
2691
2692   integer , parameter :: ij = 3
2693   integer , parameter :: keta = 30
2694   integer , parameter :: kgen =20
2695
2696   integer :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
2697              ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
2698              its , ite , jts , jte , kts , kte
2699
2700   integer :: generic
2701
2702   real , dimension(1:ij,kgen,1:ij) :: fo , po
2703   real , dimension(1:ij,1:keta,1:ij) :: fn_calc , fn_interp , pn
2704
2705   integer, parameter :: interp_type             = 1 ! 2
2706!  integer, parameter :: lagrange_order          = 2 ! 1
2707   integer            :: lagrange_order
2708   logical, parameter :: lowest_lev_from_sfc     = .FALSE. ! .TRUE.
2709   logical, parameter :: use_levels_below_ground = .FALSE. ! .TRUE.
2710   logical, parameter :: use_surface             = .FALSE. ! .TRUE.
2711   real   , parameter :: zap_close_levels        = 500. ! 100.
2712   integer, parameter :: force_sfc_in_vinterp    = 0 ! 6
2713
2714   integer :: k
2715
2716   ids = 1 ; ide = ij ; jds = 1 ; jde = ij ; kds = 1 ; kde = keta
2717   ims = 1 ; ime = ij ; jms = 1 ; jme = ij ; kms = 1 ; kme = keta
2718   its = 1 ; ite = ij ; jts = 1 ; jte = ij ; kts = 1 ; kte = keta
2719
2720   generic = kgen
2721
2722   print *,' '
2723   print *,'------------------------------------'
2724   print *,'UNIT TEST FOR VERTICAL INTERPOLATION'
2725   print *,'------------------------------------'
2726   print *,' '
2727   do lagrange_order = 1 , 2
2728      print *,' '
2729      print *,'------------------------------------'
2730      print *,'Lagrange Order = ',lagrange_order
2731      print *,'------------------------------------'
2732      print *,' '
2733      call fillitup ( fo , po , fn_calc , pn , &
2734                    ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
2735                    ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
2736                    its , ite , jts , jte , kts , kte , &
2737                    generic , lagrange_order )
2738
2739      print *,' '
2740      print *,'Level   Pressure     Field'
2741      print *,'          (Pa)      (generic)'
2742      print *,'------------------------------------'
2743      print *,' '
2744      do k = 1 , generic
2745      write (*,fmt='(i2,2x,f12.3,1x,g15.8)' ) &
2746         k,po(2,k,2),fo(2,k,2)
2747      end do
2748      print *,' '
2749
2750      call vert_interp ( fo , po , fn_interp , pn , &
2751                         generic , 'T' , &
2752                         interp_type , lagrange_order , &
2753                         lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
2754                         zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
2755                         ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
2756                         ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
2757                         its , ite , jts , jte , kts , kte )
2758
2759      print *,'Multi-Order Interpolator'
2760      print *,'------------------------------------'
2761      print *,' '
2762      print *,'Level  Pressure      Field           Field         Field'
2763      print *,'         (Pa)        Calc            Interp        Diff'
2764      print *,'------------------------------------'
2765      print *,' '
2766      do k = kts , kte-1
2767      write (*,fmt='(i2,2x,f12.3,1x,3(g15.7))' ) &
2768         k,pn(2,k,2),fn_calc(2,k,2),fn_interp(2,k,2),fn_calc(2,k,2)-fn_interp(2,k,2)
2769      end do
2770
2771      call vert_interp_old ( fo , po , fn_interp , pn , &
2772                         generic , 'T' , &
2773                         interp_type , lagrange_order , &
2774                         lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
2775                         zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
2776                         ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
2777                         ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
2778                         its , ite , jts , jte , kts , kte )
2779
2780      print *,'Linear Interpolator'
2781      print *,'------------------------------------'
2782      print *,' '
2783      print *,'Level  Pressure      Field           Field         Field'
2784      print *,'         (Pa)        Calc            Interp        Diff'
2785      print *,'------------------------------------'
2786      print *,' '
2787      do k = kts , kte-1
2788      write (*,fmt='(i2,2x,f12.3,1x,3(g15.7))' ) &
2789         k,pn(2,k,2),fn_calc(2,k,2),fn_interp(2,k,2),fn_calc(2,k,2)-fn_interp(2,k,2)
2790      end do
2791   end do
2792
2793end program vint
2794
2795subroutine wrf_error_fatal (string)
2796   character (len=*) :: string
2797   print *,string
2798   stop
2799end subroutine wrf_error_fatal
2800
2801subroutine fillitup ( fo , po , fn , pn , &
2802                    ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
2803                    ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
2804                    its , ite , jts , jte , kts , kte , &
2805                    generic , lagrange_order )
2806
2807   implicit none
2808
2809   integer , intent(in) :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
2810              ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
2811              its , ite , jts , jte , kts , kte
2812
2813   integer , intent(in) :: generic , lagrange_order
2814
2815   real , dimension(ims:ime,generic,jms:jme) , intent(out) :: fo , po
2816   real , dimension(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , intent(out) :: fn , pn
2817
2818   integer :: i , j , k
2819
2820   real , parameter :: piov2 = 3.14159265358 / 2.
2821
2822   k = 1
2823   do j = jts , jte
2824   do i = its , ite
2825      po(i,k,j) = 102000.
2826   end do
2827   end do
2828
2829   do k = 2 , generic
2830   do j = jts , jte
2831   do i = its , ite
2832      po(i,k,j) = ( 5000. * ( 1 - (k-1) ) + 100000. * ( (k-1) - (generic-1) ) ) / (1. - real(generic-1) )
2833   end do
2834   end do
2835   end do
2836
2837   if ( lagrange_order .eq. 1 ) then
2838      do k = 1 , generic
2839      do j = jts , jte
2840      do i = its , ite
2841         fo(i,k,j) = po(i,k,j)
2842!        fo(i,k,j) = sin(po(i,k,j) * piov2 / 102000. )
2843      end do
2844      end do
2845      end do
2846   else if ( lagrange_order .eq. 2 ) then
2847      do k = 1 , generic
2848      do j = jts , jte
2849      do i = its , ite
2850         fo(i,k,j) = (((po(i,k,j)-5000.)/102000.)*((102000.-po(i,k,j))/102000.))*102000.
2851!        fo(i,k,j) = sin(po(i,k,j) * piov2 / 102000. )
2852      end do
2853      end do
2854      end do
2855   end if
2856
2857!!!!!!!!!!!!
2858
2859   do k = kts , kte
2860   do j = jts , jte
2861   do i = its , ite
2862      pn(i,k,j) = ( 5000. * ( 0 - (k-1) ) + 102000. * ( (k-1) - (kte-1) ) ) / (-1. *  real(kte-1) )
2863   end do
2864   end do
2865   end do
2866
2867   do k = kts , kte-1
2868   do j = jts , jte
2869   do i = its , ite
2870      pn(i,k,j) = ( pn(i,k,j) + pn(i,k+1,j) ) /2.
2871   end do
2872   end do
2873   end do
2874
2875
2876   if ( lagrange_order .eq. 1 ) then
2877      do k = kts , kte-1
2878      do j = jts , jte
2879      do i = its , ite
2880         fn(i,k,j) = pn(i,k,j)
2881!        fn(i,k,j) = sin(pn(i,k,j) * piov2 / 102000. )
2882      end do
2883      end do
2884      end do
2885   else if ( lagrange_order .eq. 2 ) then
2886      do k = kts , kte-1
2887      do j = jts , jte
2888      do i = its , ite
2889         fn(i,k,j) = (((pn(i,k,j)-5000.)/102000.)*((102000.-pn(i,k,j))/102000.))*102000.
2890!        fn(i,k,j) = sin(pn(i,k,j) * piov2 / 102000. )
2891      end do
2892      end do
2893      end do
2894   end if
2895
2896end subroutine fillitup
2897
2898#endif
2899
2900!---------------------------------------------------------------------
2901
2902   SUBROUTINE vert_interp ( fo , po , fnew , pnu , &
2903                            generic , var_type , &
2904                            interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
2905                            lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
2906                            zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
2907                            ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
2908                            ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
2909                            its , ite , jts , jte , kts , kte )
2910
2911   !  Vertically interpolate the new field.  The original field on the original
2912   !  pressure levels is provided, and the new pressure surfaces to interpolate to.
2913
2914      IMPLICIT NONE
2915
2916      INTEGER , INTENT(IN)        :: interp_type , lagrange_order , extrap_type
2917      LOGICAL , INTENT(IN)        :: lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface
2918      REAL    , INTENT(IN)        :: zap_close_levels
2919      INTEGER , INTENT(IN)        :: force_sfc_in_vinterp
2920      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
2921                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
2922                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
2923      INTEGER , INTENT(IN)        :: generic
2924
2925      CHARACTER (LEN=1) :: var_type
2926
2927      REAL , DIMENSION(ims:ime,generic,jms:jme) , INTENT(IN)     :: fo , po
2928      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(IN)     :: pnu
2929      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(OUT)    :: fnew
2930
2931      REAL , DIMENSION(ims:ime,generic,jms:jme)                  :: forig , porig
2932      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme)                  :: pnew
2933
2934      !  Local vars
2935
2936      INTEGER :: i , j , k , ko , kn , k1 , k2 , ko_1 , ko_2 , knext
2937      INTEGER :: istart , iend , jstart , jend , kstart , kend
2938      INTEGER , DIMENSION(ims:ime,kms:kme        )               :: k_above , k_below
2939      INTEGER , DIMENSION(ims:ime                )               :: ks
2940      INTEGER , DIMENSION(ims:ime                )               :: ko_above_sfc
2941      INTEGER :: count , zap , zap_below , zap_above , kst , kcount
2942      INTEGER :: kinterp_start , kinterp_end , sfc_level
2943
2944      LOGICAL :: any_below_ground
2945
2946      REAL :: p1 , p2 , pn, hold
2947      REAL , DIMENSION(1:generic) :: ordered_porig , ordered_forig
2948      REAL , DIMENSION(kts:kte) :: ordered_pnew , ordered_fnew
2949   
2950      !  Excluded middle.
2951
2952      LOGICAL :: any_valid_points
2953      INTEGER :: i_valid , j_valid
2954      LOGICAL :: flip_data_required
2955
2956      !  Horiontal loop bounds for different variable types.
2957
2958      IF      ( var_type .EQ. 'U' ) THEN
2959         istart = its
2960         iend   = ite
2961         jstart = jts
2962         jend   = MIN(jde-1,jte)
2963         kstart = kts
2964         kend   = kte-1
2965         DO j = jstart,jend
2966            DO k = 1,generic
2967               DO i = MAX(ids+1,its) , MIN(ide-1,ite)
2968                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
2969                  porig(i,k,j) = ( po(i,k,j) + po(i-1,k,j) ) * 0.5
2970               END DO
2971            END DO
2972            IF ( ids .EQ. its ) THEN
2973               DO k = 1,generic
2974                  porig(its,k,j) =  po(its,k,j)
2975               END DO
2976            END IF
2977            IF ( ide .EQ. ite ) THEN
2978               DO k = 1,generic
2979                  porig(ite,k,j) =  po(ite-1,k,j)
2980               END DO
2981            END IF
2982
2983            DO k = kstart,kend
2984               DO i = MAX(ids+1,its) , MIN(ide-1,ite)
2985                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
2986                  pnew(i,k,j) = ( pnu(i,k,j) + pnu(i-1,k,j) ) * 0.5
2987               END DO
2988            END DO
2989            IF ( ids .EQ. its ) THEN
2990               DO k = kstart,kend
2991                  pnew(its,k,j) =  pnu(its,k,j)
2992               END DO
2993            END IF
2994            IF ( ide .EQ. ite ) THEN
2995               DO k = kstart,kend
2996                  pnew(ite,k,j) =  pnu(ite-1,k,j)
2997               END DO
2998            END IF
2999         END DO
3000      ELSE IF ( var_type .EQ. 'V' ) THEN
3001         istart = its
3002         iend   = MIN(ide-1,ite)
3003         jstart = jts
3004         jend   = jte
3005         kstart = kts
3006         kend   = kte-1
3007         DO i = istart,iend
3008            DO k = 1,generic
3009               DO j = MAX(jds+1,jts) , MIN(jde-1,jte)
3010                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3011                  porig(i,k,j) = ( po(i,k,j) + po(i,k,j-1) ) * 0.5
3012               END DO
3013            END DO
3014            IF ( jds .EQ. jts ) THEN
3015               DO k = 1,generic
3016                  porig(i,k,jts) =  po(i,k,jts)
3017               END DO
3018            END IF
3019            IF ( jde .EQ. jte ) THEN
3020               DO k = 1,generic
3021                  porig(i,k,jte) =  po(i,k,jte-1)
3022               END DO
3023            END IF
3024
3025            DO k = kstart,kend
3026               DO j = MAX(jds+1,jts) , MIN(jde-1,jte)
3027                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3028                  pnew(i,k,j) = ( pnu(i,k,j) + pnu(i,k,j-1) ) * 0.5
3029               END DO
3030            END DO
3031            IF ( jds .EQ. jts ) THEN
3032               DO k = kstart,kend
3033                  pnew(i,k,jts) =  pnu(i,k,jts)
3034               END DO
3035            END IF
3036            IF ( jde .EQ. jte ) THEN
3037              DO k = kstart,kend
3038                  pnew(i,k,jte) =  pnu(i,k,jte-1)
3039               END DO
3040            END IF
3041         END DO
3042      ELSE IF ( ( var_type .EQ. 'W' ) .OR.  ( var_type .EQ. 'Z' ) ) THEN
3043         istart = its
3044         iend   = MIN(ide-1,ite)
3045         jstart = jts
3046         jend   = MIN(jde-1,jte)
3047         kstart = kts
3048         kend   = kte
3049         DO j = jstart,jend
3050            DO k = 1,generic
3051               DO i = istart,iend
3052                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3053                  porig(i,k,j) = po(i,k,j)
3054               END DO
3055            END DO
3056
3057            DO k = kstart,kend
3058               DO i = istart,iend
3059                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3060                  pnew(i,k,j) = pnu(i,k,j)
3061               END DO
3062            END DO
3063         END DO
3064      ELSE IF ( ( var_type .EQ. 'T' ) .OR. ( var_type .EQ. 'Q' ) ) THEN
3065         istart = its
3066         iend   = MIN(ide-1,ite)
3067         jstart = jts
3068         jend   = MIN(jde-1,jte)
3069         kstart = kts
3070         kend   = kte-1
3071         DO j = jstart,jend
3072            DO k = 1,generic
3073               DO i = istart,iend
3074                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3075                  porig(i,k,j) = po(i,k,j)
3076               END DO
3077            END DO
3078
3079            DO k = kstart,kend
3080               DO i = istart,iend
3081                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3082                  pnew(i,k,j) = pnu(i,k,j)
3083               END DO
3084            END DO
3085         END DO
3086      ELSE
3087         istart = its
3088         iend   = MIN(ide-1,ite)
3089         jstart = jts
3090         jend   = MIN(jde-1,jte)
3091         kstart = kts
3092         kend   = kte-1
3093         DO j = jstart,jend
3094            DO k = 1,generic
3095               DO i = istart,iend
3096                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3097                  porig(i,k,j) = po(i,k,j)
3098               END DO
3099            END DO
3100
3101            DO k = kstart,kend
3102               DO i = istart,iend
3103                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3104                  pnew(i,k,j) = pnu(i,k,j)
3105               END DO
3106            END DO
3107         END DO
3108      END IF
3109
3110      !  We need to find if there are any valid non-excluded-middle points in this
3111      !  tile.  If so, then we need to hang on to a valid i,j location.
3112
3113      any_valid_points = .false.
3114      find_valid : DO j = jstart , jend
3115         DO i = istart , iend
3116            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3117            any_valid_points = .true.
3118            i_valid = i
3119            j_valid = j
3120            EXIT find_valid
3121         END DO
3122      END DO find_valid
3123      IF ( .NOT. any_valid_points ) THEN
3124         RETURN
3125      END IF
3126
3127      IF ( porig(i_valid,2,j_valid) .LT. porig(i_valid,generic,j_valid) ) THEN
3128         flip_data_required = .true.
3129      ELSE
3130         flip_data_required = .false.
3131      END IF
3132
3133      DO j = jstart , jend
3134
3135         !  The lowest level is the surface.  Levels 2 through "generic" are supposed to
3136         !  be "bottom-up".  Flip if they are not.  This is based on the input pressure
3137         !  array.
3138
3139         IF ( flip_data_required ) THEN
3140            DO kn = 2 , ( generic + 1 ) / 2
3141               DO i = istart , iend
3142                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3143                  hold                    = porig(i,kn,j)
3144                  porig(i,kn,j)           = porig(i,generic+2-kn,j)
3145                  porig(i,generic+2-kn,j) = hold
3146                  forig(i,kn,j)           = fo   (i,generic+2-kn,j)
3147                  forig(i,generic+2-kn,j) = fo   (i,kn,j)
3148               END DO
3149            END DO
3150            DO i = istart , iend
3151               forig(i,1,j)               = fo   (i,1,j)
3152            END DO
3153            IF ( MOD(generic,2) .EQ. 0 ) THEN
3154               k=generic/2 + 1
3155               DO i = istart , iend
3156                  forig(i,k,j)            = fo   (i,k,j)
3157               END DO
3158            END IF
3159         ELSE
3160            DO kn = 1 , generic
3161               DO i = istart , iend
3162                  forig(i,kn,j)           = fo   (i,kn,j)
3163               END DO
3164            END DO
3165         END IF
3166
3167         !  Skip all of the levels below ground in the original data based upon the surface pressure.
3168         !  The ko_above_sfc is the index in the pressure array that is above the surface.  If there
3169         !  are no levels underground, this is index = 2.  The remaining levels are eligible for use
3170         !  in the vertical interpolation.
3171
3172         DO i = istart , iend
3173            ko_above_sfc(i) = -1
3174         END DO
3175         DO ko = kstart+1 , generic
3176            DO i = istart , iend
3177               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3178               IF ( ko_above_sfc(i) .EQ. -1 ) THEN
3179                  IF ( porig(i,1,j) .GT. porig(i,ko,j) ) THEN
3180                     ko_above_sfc(i) = ko
3181                  END IF
3182               END IF
3183            END DO
3184         END DO
3185
3186         !  Piece together columns of the original input data.  Pass the vertical columns to
3187         !  the iterpolator.
3188
3189         DO i = istart , iend
3190            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
3191
3192            !  If the surface value is in the middle of the array, three steps: 1) do the
3193            !  values below the ground (this is just to catch the occasional value that is
3194            !  inconsistently below the surface based on input data), 2) do the surface level, then
3195            !  3) add in the levels that are above the surface.  For the levels next to the surface,
3196            !  we check to remove any levels that are "too close".  When building the column of input
3197            !  pressures, we also attend to the request for forcing the surface analysis to be used
3198            !  in a few lower eta-levels.
3199
3200            !  Fill in the column from up to the level just below the surface with the input
3201            !  presssure and the input field (orig or old, which ever).  For an isobaric input
3202            !  file, this data is isobaric.
3203
3204            !  How many levels have we skipped in the input column.
3205
3206            zap = 0
3207            zap_below = 0
3208            zap_above = 0
3209
3210            IF (  ko_above_sfc(i) .GT. 2 ) THEN
3211               count = 1
3212               DO ko = 2 , ko_above_sfc(i)-1
3213                  ordered_porig(count) = porig(i,ko,j)
3214                  ordered_forig(count) = forig(i,ko,j)
3215                  count = count + 1
3216               END DO
3217
3218               !  Make sure the pressure just below the surface is not "too close", this
3219               !  will cause havoc with the higher order interpolators.  In case of a "too close"
3220               !  instance, we toss out the offending level (NOT the surface one) by simply
3221               !  decrementing the accumulating loop counter.
3222
3223               IF ( ordered_porig(count-1) - porig(i,1,j) .LT. zap_close_levels ) THEN
3224                  count = count -1
3225                  zap = 1
3226                  zap_below = 1
3227               END IF
3228
3229               !  Add in the surface values.
3230
3231               ordered_porig(count) = porig(i,1,j)
3232               ordered_forig(count) = forig(i,1,j)
3233               count = count + 1
3234
3235               !  A usual way to do the vertical interpolation is to pay more attention to the
3236               !  surface data.  Why?  Well it has about 20x the density as the upper air, so we
3237               !  hope the analysis is better there.  We more strongly use this data by artificially
3238               !  tossing out levels above the surface that are beneath a certain number of prescribed
3239               !  eta levels at this (i,j).  The "zap" value is how many levels of input we are
3240               !  removing, which is used to tell the interpolator how many valid values are in
3241               !  the column.  The "count" value is the increment to the index of levels, and is
3242               !  only used for assignments.
3243
3244               IF ( force_sfc_in_vinterp .GT. 0 ) THEN
3245
3246                  !  Get the pressure at the eta level.  We want to remove all input pressure levels
3247                  !  between the level above the surface to the pressure at this eta surface.  That
3248                  !  forces the surface value to be used through the selected eta level.  Keep track
3249                  !  of two things: the level to use above the eta levels, and how many levels we are
3250                  !  skipping.
3251
3252                  knext = ko_above_sfc(i)
3253                  find_level : DO ko = ko_above_sfc(i) , generic
3254                     IF ( porig(i,ko,j) .LE. pnew(i,force_sfc_in_vinterp,j) ) THEN
3255                        knext = ko
3256                        exit find_level
3257                     ELSE
3258                        zap = zap + 1
3259                        zap_above = zap_above + 1
3260                     END IF
3261                  END DO find_level
3262
3263               !  No request for special interpolation, so we just assign the next level to use
3264               !  above the surface as, ta da, the first level above the surface.  I know, wow.
3265
3266               ELSE
3267                  knext = ko_above_sfc(i)
3268               END IF
3269
3270               !  One more time, make sure the pressure just above the surface is not "too close", this
3271               !  will cause havoc with the higher order interpolators.  In case of a "too close"
3272               !  instance, we toss out the offending level above the surface (NOT the surface one) by simply
3273               !  incrementing the loop counter.  Here, count-1 is the surface level and knext is either
3274               !  the next level up OR it is the level above the prescribed number of eta surfaces.
3275
3276               IF ( ordered_porig(count-1) - porig(i,knext,j) .LT. zap_close_levels ) THEN
3277                  kst = knext+1
3278                  zap = zap + 1
3279                  zap_above = zap_above + 1
3280               ELSE
3281                  kst = knext
3282               END IF
3283
3284               DO ko = kst , generic
3285                  ordered_porig(count) = porig(i,ko,j)
3286                  ordered_forig(count) = forig(i,ko,j)
3287                  count = count + 1
3288               END DO
3289
3290            !  This is easy, the surface is the lowest level, just stick them in, in this order.  OK,
3291            !  there are a couple of subtleties.  We have to check for that special interpolation that
3292            !  skips some input levels so that the surface is used for the lowest few eta levels.  Also,
3293            !  we must make sure that we still do not have levels that are "too close" together.
3294
3295            ELSE
3296
3297               !  Initialize no input levels have yet been removed from consideration.
3298
3299               zap = 0
3300
3301               !  The surface is the lowest level, so it gets set right away to location 1.
3302
3303               ordered_porig(1) = porig(i,1,j)
3304               ordered_forig(1) = forig(i,1,j)
3305
3306               !  We start filling in the array at loc 2, as in just above the level we just stored.
3307
3308               count = 2
3309
3310               !  Are we forcing the interpolator to skip valid input levels so that the
3311               !  surface data is used through more levels?  Essentially as above.
3312
3313               IF ( force_sfc_in_vinterp .GT. 0 ) THEN
3314                  knext = 2
3315                  find_level2: DO ko = 2 , generic
3316                     IF ( porig(i,ko,j) .LE. pnew(i,force_sfc_in_vinterp,j) ) THEN
3317                        knext = ko
3318                        exit find_level2
3319                     ELSE
3320                        zap = zap + 1
3321                        zap_above = zap_above + 1
3322                     END IF
3323                  END DO find_level2
3324               ELSE
3325                  knext = 2
3326               END IF
3327
3328               !  Fill in the data above the surface.  The "knext" index is either the one
3329               !  just above the surface OR it is the index associated with the level that
3330               !  is just above the pressure at this (i,j) of the top eta level that is to
3331               !  be directly impacted with the surface level in interpolation.
3332
3333               DO ko = knext , generic
3334                  IF ( ( ordered_porig(count-1) - porig(i,ko,j) .LT. zap_close_levels ) .AND. &
3335                       ( ko .LT. generic ) ) THEN
3336                     zap = zap + 1
3337                     zap_above = zap_above + 1
3338                     CYCLE
3339                  END IF
3340                  ordered_porig(count) = porig(i,ko,j)
3341                  ordered_forig(count) = forig(i,ko,j)
3342                  count = count + 1
3343               END DO
3344
3345            END IF
3346
3347            !  Now get the column of the "new" pressure data.  So, this one is easy.
3348
3349            DO kn = kstart , kend
3350               ordered_pnew(kn) = pnew(i,kn,j)
3351            END DO
3352
3353            !  How many levels (count) are we shipping to the Lagrange interpolator.
3354
3355            IF      ( ( use_levels_below_ground ) .AND. ( use_surface ) ) THEN
3356
3357               !  Use all levels, including the input surface, and including the pressure
3358               !  levels below ground.  We know to stop when we have reached the top of
3359               !  the input pressure data.
3360
3361               count = 0
3362               find_how_many_1 : DO ko = 1 , generic
3363                  IF ( porig(i,generic,j) .EQ. ordered_porig(ko) ) THEN
3364                     count = count + 1
3365                     EXIT find_how_many_1
3366                  ELSE
3367                     count = count + 1
3368                  END IF
3369               END DO find_how_many_1
3370               kinterp_start = 1
3371               kinterp_end = kinterp_start + count - 1
3372
3373            ELSE IF ( ( use_levels_below_ground ) .AND. ( .NOT. use_surface ) ) THEN
3374
3375               !  Use all levels (excluding the input surface) and including the pressure
3376               !  levels below ground.  We know to stop when we have reached the top of
3377               !  the input pressure data.
3378
3379               count = 0
3380               find_sfc_2 : DO ko = 1 , generic
3381                  IF ( porig(i,1,j) .EQ. ordered_porig(ko) ) THEN
3382                     sfc_level = ko
3383                     EXIT find_sfc_2
3384                  END IF
3385               END DO find_sfc_2
3386
3387               DO ko = sfc_level , generic-1
3388                  ordered_porig(ko) = ordered_porig(ko+1)
3389                  ordered_forig(ko) = ordered_forig(ko+1)
3390               END DO
3391               ordered_porig(generic) = 1.E-5
3392               ordered_forig(generic) = 1.E10
3393
3394               count = 0
3395               find_how_many_2 : DO ko = 1 , generic
3396                  IF ( porig(i,generic,j) .EQ. ordered_porig(ko) ) THEN
3397                     count = count + 1
3398                     EXIT find_how_many_2
3399                  ELSE
3400                     count = count + 1
3401                  END IF
3402               END DO find_how_many_2
3403               kinterp_start = 1
3404               kinterp_end = kinterp_start + count - 1
3405
3406            ELSE IF ( ( .NOT. use_levels_below_ground ) .AND. ( use_surface ) ) THEN
3407
3408               !  Use all levels above the input surface pressure.
3409
3410               kcount = ko_above_sfc(i)-1-zap_below
3411               count = 0
3412               DO ko = 1 , generic
3413                  IF ( porig(i,ko,j) .EQ. ordered_porig(kcount) ) THEN
3414!  write (6,fmt='(f11.3,f11.3,g11.5)') porig(i,ko,j),ordered_porig(kcount),ordered_forig(kcount)
3415                     kcount = kcount + 1
3416                     count = count + 1
3417                  ELSE
3418!  write (6,fmt='(f11.3            )') porig(i,ko,j)
3419                  END IF
3420               END DO
3421               kinterp_start = ko_above_sfc(i)-1-zap_below
3422               kinterp_end = kinterp_start + count - 1
3423
3424            END IF
3425
3426            !  The polynomials are either in pressure or LOG(pressure).
3427
3428            IF ( interp_type .EQ. 1 ) THEN
3429               CALL lagrange_setup ( var_type , interp_type , &
3430                    ordered_porig(kinterp_start:kinterp_end) , &
3431                    ordered_forig(kinterp_start:kinterp_end) , &
3432                    count , lagrange_order , extrap_type , &
3433                    ordered_pnew(kstart:kend)  , ordered_fnew  , kend-kstart+1 ,i,j)
3434            ELSE
3435               CALL lagrange_setup ( var_type , interp_type , &
3436                LOG(ordered_porig(kinterp_start:kinterp_end)) , &
3437                    ordered_forig(kinterp_start:kinterp_end) , &
3438                    count , lagrange_order , extrap_type , &
3439                LOG(ordered_pnew(kstart:kend)) , ordered_fnew  , kend-kstart+1 ,i,j)
3440            END IF
3441
3442            !  Save the computed data.
3443
3444            DO kn = kstart , kend
3445               fnew(i,kn,j) = ordered_fnew(kn)
3446            END DO
3447
3448            !  There may have been a request to have the surface data from the input field
3449            !  to be assigned as to the lowest eta level.  This assumes thin layers (usually
3450            !  the isobaric original field has the surface from 2-m T and RH, and 10-m U and V).
3451
3452            IF ( lowest_lev_from_sfc ) THEN
3453               fnew(i,1,j) = forig(i,ko_above_sfc(i)-1,j)
3454            END IF
3455
3456         END DO
3457
3458      END DO
3459
3460   END SUBROUTINE vert_interp
3461
3462!---------------------------------------------------------------------
3463
3464   SUBROUTINE vert_interp_old ( forig , po , fnew , pnu , &
3465                            generic , var_type , &
3466                            interp_type , lagrange_order , extrap_type , &
3467                            lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface , &
3468                            zap_close_levels , force_sfc_in_vinterp , &
3469                            ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
3470                            ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
3471                            its , ite , jts , jte , kts , kte )
3472
3473   !  Vertically interpolate the new field.  The original field on the original
3474   !  pressure levels is provided, and the new pressure surfaces to interpolate to.
3475
3476      IMPLICIT NONE
3477
3478      INTEGER , INTENT(IN)        :: interp_type , lagrange_order , extrap_type
3479      LOGICAL , INTENT(IN)        :: lowest_lev_from_sfc , use_levels_below_ground , use_surface
3480      REAL    , INTENT(IN)        :: zap_close_levels
3481      INTEGER , INTENT(IN)        :: force_sfc_in_vinterp
3482      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
3483                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
3484                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
3485      INTEGER , INTENT(IN)        :: generic
3486
3487      CHARACTER (LEN=1) :: var_type
3488
3489      REAL , DIMENSION(ims:ime,generic,jms:jme) , INTENT(IN)     :: forig , po
3490      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(IN)     :: pnu
3491      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(OUT)    :: fnew
3492
3493      REAL , DIMENSION(ims:ime,generic,jms:jme)                  :: porig
3494      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme)                  :: pnew
3495
3496      !  Local vars
3497
3498      INTEGER :: i , j , k , ko , kn , k1 , k2 , ko_1 , ko_2
3499      INTEGER :: istart , iend , jstart , jend , kstart , kend
3500      INTEGER , DIMENSION(ims:ime,kms:kme        )               :: k_above , k_below
3501      INTEGER , DIMENSION(ims:ime                )               :: ks
3502      INTEGER , DIMENSION(ims:ime                )               :: ko_above_sfc
3503
3504      LOGICAL :: any_below_ground
3505
3506      REAL :: p1 , p2 , pn
3507integer vert_extrap
3508vert_extrap = 0
3509
3510      !  Horiontal loop bounds for different variable types.
3511
3512      IF      ( var_type .EQ. 'U' ) THEN
3513         istart = its
3514         iend   = ite
3515         jstart = jts
3516         jend   = MIN(jde-1,jte)
3517         kstart = kts
3518         kend   = kte-1
3519         DO j = jstart,jend
3520            DO k = 1,generic
3521               DO i = MAX(ids+1,its) , MIN(ide-1,ite)
3522                  porig(i,k,j) = ( po(i,k,j) + po(i-1,k,j) ) * 0.5
3523               END DO
3524            END DO
3525            IF ( ids .EQ. its ) THEN
3526               DO k = 1,generic
3527                  porig(its,k,j) =  po(its,k,j)
3528               END DO
3529            END IF
3530            IF ( ide .EQ. ite ) THEN
3531               DO k = 1,generic
3532                  porig(ite,k,j) =  po(ite-1,k,j)
3533               END DO
3534            END IF
3535
3536            DO k = kstart,kend
3537               DO i = MAX(ids+1,its) , MIN(ide-1,ite)
3538                  pnew(i,k,j) = ( pnu(i,k,j) + pnu(i-1,k,j) ) * 0.5
3539               END DO
3540            END DO
3541            IF ( ids .EQ. its ) THEN
3542               DO k = kstart,kend
3543                  pnew(its,k,j) =  pnu(its,k,j)
3544               END DO
3545            END IF
3546            IF ( ide .EQ. ite ) THEN
3547               DO k = kstart,kend
3548                  pnew(ite,k,j) =  pnu(ite-1,k,j)
3549               END DO
3550            END IF
3551         END DO
3552      ELSE IF ( var_type .EQ. 'V' ) THEN
3553         istart = its
3554         iend   = MIN(ide-1,ite)
3555         jstart = jts
3556         jend   = jte
3557         kstart = kts
3558         kend   = kte-1
3559         DO i = istart,iend
3560            DO k = 1,generic
3561               DO j = MAX(jds+1,jts) , MIN(jde-1,jte)
3562                  porig(i,k,j) = ( po(i,k,j) + po(i,k,j-1) ) * 0.5
3563               END DO
3564            END DO
3565            IF ( jds .EQ. jts ) THEN
3566               DO k = 1,generic
3567                  porig(i,k,jts) =  po(i,k,jts)
3568               END DO
3569            END IF
3570            IF ( jde .EQ. jte ) THEN
3571               DO k = 1,generic
3572                  porig(i,k,jte) =  po(i,k,jte-1)
3573               END DO
3574            END IF
3575
3576            DO k = kstart,kend
3577               DO j = MAX(jds+1,jts) , MIN(jde-1,jte)
3578                  pnew(i,k,j) = ( pnu(i,k,j) + pnu(i,k,j-1) ) * 0.5
3579               END DO
3580            END DO
3581            IF ( jds .EQ. jts ) THEN
3582               DO k = kstart,kend
3583                  pnew(i,k,jts) =  pnu(i,k,jts)
3584               END DO
3585            END IF
3586            IF ( jde .EQ. jte ) THEN
3587              DO k = kstart,kend
3588                  pnew(i,k,jte) =  pnu(i,k,jte-1)
3589               END DO
3590            END IF
3591         END DO
3592      ELSE IF ( ( var_type .EQ. 'W' ) .OR.  ( var_type .EQ. 'Z' ) ) THEN
3593         istart = its
3594         iend   = MIN(ide-1,ite)
3595         jstart = jts
3596         jend   = MIN(jde-1,jte)
3597         kstart = kts
3598         kend   = kte
3599         DO j = jstart,jend
3600            DO k = 1,generic
3601               DO i = istart,iend
3602                  porig(i,k,j) = po(i,k,j)
3603               END DO
3604            END DO
3605
3606            DO k = kstart,kend
3607               DO i = istart,iend
3608                  pnew(i,k,j) = pnu(i,k,j)
3609               END DO
3610            END DO
3611         END DO
3612      ELSE IF ( ( var_type .EQ. 'T' ) .OR. ( var_type .EQ. 'Q' ) ) THEN
3613         istart = its
3614         iend   = MIN(ide-1,ite)
3615         jstart = jts
3616         jend   = MIN(jde-1,jte)
3617         kstart = kts
3618         kend   = kte-1
3619         DO j = jstart,jend
3620            DO k = 1,generic
3621               DO i = istart,iend
3622                  porig(i,k,j) = po(i,k,j)
3623               END DO
3624            END DO
3625
3626            DO k = kstart,kend
3627               DO i = istart,iend
3628                  pnew(i,k,j) = pnu(i,k,j)
3629               END DO
3630            END DO
3631         END DO
3632      ELSE
3633         istart = its
3634         iend   = MIN(ide-1,ite)
3635         jstart = jts
3636         jend   = MIN(jde-1,jte)
3637         kstart = kts
3638         kend   = kte-1
3639         DO j = jstart,jend
3640            DO k = 1,generic
3641               DO i = istart,iend
3642                  porig(i,k,j) = po(i,k,j)
3643               END DO
3644            END DO
3645
3646            DO k = kstart,kend
3647               DO i = istart,iend
3648                  pnew(i,k,j) = pnu(i,k,j)
3649               END DO
3650            END DO
3651         END DO
3652      END IF
3653
3654      DO j = jstart , jend
3655
3656         !  Skip all of the levels below ground in the original data based upon the surface pressure.
3657         !  The ko_above_sfc is the index in the pressure array that is above the surface.  If there
3658         !  are no levels underground, this is index = 2.  The remaining levels are eligible for use
3659         !  in the vertical interpolation.
3660
3661         DO i = istart , iend
3662            ko_above_sfc(i) = -1
3663         END DO
3664         DO ko = kstart+1 , kend
3665            DO i = istart , iend
3666               IF ( ko_above_sfc(i) .EQ. -1 ) THEN
3667                  IF ( porig(i,1,j) .GT. porig(i,ko,j) ) THEN
3668                     ko_above_sfc(i) = ko
3669                  END IF
3670               END IF
3671            END DO
3672         END DO
3673
3674         !  Initialize interpolation location.  These are the levels in the original pressure
3675         !  data that are physically below and above the targeted new pressure level.
3676
3677         DO kn = kts , kte
3678            DO i = its , ite
3679               k_above(i,kn) = -1
3680               k_below(i,kn) = -2
3681            END DO
3682         END DO
3683
3684         !  Starting location is no lower than previous found location.  This is for O(n logn)
3685         !  and not O(n^2), where n is the number of vertical levels to search.
3686
3687         DO i = its , ite
3688            ks(i) = 1
3689         END DO
3690
3691         !  Find trapping layer for interpolation.  The kn index runs through all of the "new"
3692         !  levels of data.
3693
3694         DO kn = kstart , kend
3695
3696            DO i = istart , iend
3697
3698               !  For each "new" level (kn), we search to find the trapping levels in the "orig"
3699               !  data.  Most of the time, the "new" levels are the eta surfaces, and the "orig"
3700               !  levels are the input pressure levels.
3701
3702               found_trap_above : DO ko = ks(i) , generic-1
3703
3704                  !  Because we can have levels in the interpolation that are not valid,
3705                  !  let's toss out any candidate orig pressure values that are below ground
3706                  !  based on the surface pressure.  If the level =1, then this IS the surface
3707                  !  level, so we HAVE to keep that one, but maybe not the ones above.  If the
3708                  !  level (ks) is NOT=1, then we have to just CYCLE our loop to find a legit
3709                  !  below-pressure value.  If we are not below ground, then we choose two
3710                  !  neighboring levels to test whether they surround the new pressure level.
3711
3712                  !  The input trapping levels that we are trying is the surface and the first valid
3713                  !  level above the surface.
3714
3715                  IF      ( ( ko .LT. ko_above_sfc(i) ) .AND. ( ko .EQ. 1 ) ) THEN
3716                     ko_1 = ko
3717                     ko_2 = ko_above_sfc(i)
3718
3719                  !  The "below" level is underground, cycle until we get to a valid pressure
3720                  !  above ground.
3721
3722                  ELSE IF ( ( ko .LT. ko_above_sfc(i) ) .AND. ( ko .NE. 1 ) ) THEN
3723                     CYCLE found_trap_above
3724
3725                  !  The "below" level is above the surface, so we are in the clear to test these
3726                  !  two levels out.
3727
3728                  ELSE
3729                     ko_1 = ko
3730                     ko_2 = ko+1
3731
3732                  END IF
3733
3734                  !  The test of the candidate levels: "below" has to have a larger pressure, and
3735                  !  "above" has to have a smaller pressure.
3736
3737                  !  OK, we found the correct two surrounding levels.  The locations are saved for use in the
3738                  !  interpolation.
3739
3740                  IF      ( ( porig(i,ko_1,j) .GE. pnew(i,kn,j) ) .AND. &
3741                            ( porig(i,ko_2,j) .LT. pnew(i,kn,j) ) ) THEN
3742                     k_above(i,kn) = ko_2
3743                     k_below(i,kn) = ko_1
3744                     ks(i) = ko_1
3745                     EXIT found_trap_above
3746
3747                  !  What do we do is we need to extrapolate the data underground?  This happens when the
3748                  !  lowest pressure that we have is physically "above" the new target pressure.  Our
3749                  !  actions depend on the type of variable we are interpolating.
3750
3751                  ELSE IF   ( porig(i,1,j) .LT. pnew(i,kn,j) ) THEN
3752
3753                     !  For horizontal winds and moisture, we keep a constant value under ground.
3754
3755                     IF      ( ( var_type .EQ. 'U' ) .OR. &
3756                               ( var_type .EQ. 'V' ) .OR. &
3757                               ( var_type .EQ. 'Q' ) ) THEN
3758                        k_above(i,kn) = 1
3759                        ks(i) = 1
3760
3761                     !  For temperature and height, we extrapolate the data.  Hopefully, we are not
3762                     !  extrapolating too far.  For pressure level input, the eta levels are always
3763                     !  contained within the surface to p_top levels, so no extrapolation is ever
3764                     !  required.
3765
3766                     ELSE IF ( ( var_type .EQ. 'Z' ) .OR. &
3767                               ( var_type .EQ. 'T' ) ) THEN
3768                        k_above(i,kn) = ko_above_sfc(i)
3769                        k_below(i,kn) = 1
3770                        ks(i) = 1
3771
3772                     !  Just a catch all right now.
3773
3774                     ELSE
3775                        k_above(i,kn) = 1
3776                        ks(i) = 1
3777                     END IF
3778
3779                     EXIT found_trap_above
3780
3781                  !  The other extrapolation that might be required is when we are going above the
3782                  !  top level of the input data.  Usually this means we chose a P_PTOP value that
3783                  !  was inappropriate, and we should stop and let someone fix this mess.
3784
3785                  ELSE IF   ( porig(i,generic,j) .GT. pnew(i,kn,j) ) THEN
3786                     print *,'data is too high, try a lower p_top'
3787                     print *,'pnew=',pnew(i,kn,j)
3788                     print *,'porig=',porig(i,:,j)
3789                     CALL wrf_error_fatal ('requested p_top is higher than input data, lower p_top')
3790
3791                  END IF
3792               END DO found_trap_above
3793            END DO
3794         END DO
3795
3796         !  Linear vertical interpolation.
3797
3798         DO kn = kstart , kend
3799            DO i = istart , iend
3800               IF ( k_above(i,kn) .EQ. 1 ) THEN
3801                  fnew(i,kn,j) = forig(i,1,j)
3802               ELSE
3803                  k2 = MAX ( k_above(i,kn) , 2)
3804                  k1 = MAX ( k_below(i,kn) , 1)
3805                  IF ( k1 .EQ. k2 ) THEN
3806                     CALL wrf_error_fatal ( 'identical values in the interp, bad for divisions' )
3807                  END IF
3808                  IF      ( interp_type .EQ. 1 ) THEN
3809                     p1 = porig(i,k1,j)
3810                     p2 = porig(i,k2,j)
3811                     pn = pnew(i,kn,j)
3812                  ELSE IF ( interp_type .EQ. 2 ) THEN
3813                     p1 = ALOG(porig(i,k1,j))
3814                     p2 = ALOG(porig(i,k2,j))
3815                     pn = ALOG(pnew(i,kn,j))
3816                  END IF
3817                  IF ( ( p1-pn) * (p2-pn) > 0. ) THEN
3818!                    CALL wrf_error_fatal ( 'both trapping pressures are on the same side of the new pressure' )
3819!                    CALL wrf_debug ( 0 , 'both trapping pressures are on the same side of the new pressure' )
3820vert_extrap = vert_extrap + 1
3821                  END IF
3822                  fnew(i,kn,j) = ( forig(i,k1,j) * ( p2 - pn )   + &
3823                                   forig(i,k2,j) * ( pn - p1 ) ) / &
3824                                   ( p2 - p1 )
3825               END IF
3826            END DO
3827         END DO
3828
3829         search_below_ground : DO kn = kstart , kend
3830            any_below_ground = .FALSE.
3831            DO i = istart , iend
3832               IF ( k_above(i,kn) .EQ. 1 ) THEN
3833                  fnew(i,kn,j) = forig(i,1,j)
3834                  any_below_ground = .TRUE.
3835               END IF
3836            END DO
3837            IF ( .NOT. any_below_ground ) THEN
3838               EXIT search_below_ground
3839            END IF
3840         END DO search_below_ground
3841
3842         !  There may have been a request to have the surface data from the input field
3843         !  to be assigned as to the lowest eta level.  This assumes thin layers (usually
3844         !  the isobaric original field has the surface from 2-m T and RH, and 10-m U and V).
3845
3846         DO i = istart , iend
3847            IF ( lowest_lev_from_sfc ) THEN
3848               fnew(i,1,j) = forig(i,ko_above_sfc(i),j)
3849            END IF
3850         END DO
3851
3852      END DO
3853print *,'VERT EXTRAP = ', vert_extrap
3854
3855   END SUBROUTINE vert_interp_old
3856
3857!---------------------------------------------------------------------
3858
3859   SUBROUTINE lagrange_setup ( var_type , interp_type , all_x , all_y , all_dim , n , extrap_type , &
3860                               target_x , target_y , target_dim ,i,j)
3861
3862      !  We call a Lagrange polynomial interpolator.  The parallel concerns are put off as this
3863      !  is initially set up for vertical use.  The purpose is an input column of pressure (all_x),
3864      !  and the associated pressure level data (all_y).  These are assumed to be sorted (ascending
3865      !  or descending, no matter).  The locations to be interpolated to are the pressures in
3866      !  target_x, probably the new vertical coordinate values.  The field that is output is the
3867      !  target_y, which is defined at the target_x location.  Mostly we expect to be 2nd order
3868      !  overlapping polynomials, with only a single 2nd order method near the top and bottom.
3869      !  When n=1, this is linear; when n=2, this is a second order interpolator.
3870
3871      IMPLICIT NONE
3872
3873      CHARACTER (LEN=1) :: var_type
3874      INTEGER , INTENT(IN) :: interp_type , all_dim , n , extrap_type , target_dim
3875      REAL, DIMENSION(all_dim) , INTENT(IN) :: all_x , all_y
3876      REAL , DIMENSION(target_dim) , INTENT(IN) :: target_x
3877      REAL , DIMENSION(target_dim) , INTENT(OUT) :: target_y
3878
3879      !  Brought in for debug purposes, all of the computations are in a single column.
3880
3881      INTEGER , INTENT(IN) :: i,j
3882
3883      !  Local vars
3884
3885      REAL , DIMENSION(n+1) :: x , y
3886      REAL :: a , b
3887      REAL :: target_y_1 , target_y_2
3888      LOGICAL :: found_loc
3889      INTEGER :: loop , loc_center_left , loc_center_right , ist , iend , target_loop
3890      INTEGER :: vboundb , vboundt
3891
3892      !  Local vars for the problem of extrapolating theta below ground.
3893
3894      REAL :: temp_1 , temp_2 , temp_3 , temp_y
3895      REAL :: depth_of_extrap_in_p , avg_of_extrap_p , temp_extrap_starting_point , dhdp , dh , dt
3896      REAL , PARAMETER :: RovCp      = rcp
3897      REAL , PARAMETER :: CRC_const1 = 11880.516      ! m
3898      REAL , PARAMETER :: CRC_const2 =     0.1902632  !
3899      REAL , PARAMETER :: CRC_const3 =     0.0065     ! K/km
3900      REAL, DIMENSION(all_dim) :: all_x_full
3901      REAL , DIMENSION(target_dim) :: target_x_full
3902
3903      IF ( all_dim .LT. n+1 ) THEN
3904print *,'all_dim = ',all_dim
3905print *,'order = ',n
3906print *,'i,j = ',i,j
3907print *,'p array = ',all_x
3908print *,'f array = ',all_y
3909print *,'p target= ',target_x
3910         CALL wrf_error_fatal ( 'troubles, the interpolating order is too large for this few input values' )
3911      END IF
3912
3913      IF ( n .LT. 1 ) THEN
3914         CALL wrf_error_fatal ( 'pal, linear is about as low as we go' )
3915      END IF
3916
3917      !  We can pinch in the area of the higher order interpolation with vbound.  If
3918      !  vbound = 0, no pinching.  If vbound = m, then we make the lower "m" and upper
3919      !  "m" eta levels use a linear interpolation.
3920
3921      vboundb = 4
3922      vboundt = 0
3923
3924      !  Loop over the list of target x and y values.
3925
3926      DO target_loop = 1 , target_dim
3927
3928         !  Find the two trapping x values, and keep the indices.
3929
3930         found_loc = .FALSE.
3931         find_trap : DO loop = 1 , all_dim -1
3932            a = target_x(target_loop) - all_x(loop)
3933            b = target_x(target_loop) - all_x(loop+1)
3934            IF ( a*b .LE. 0.0 ) THEN
3935               loc_center_left  = loop
3936               loc_center_right = loop+1
3937               found_loc = .TRUE.
3938               EXIT find_trap
3939            END IF
3940         END DO find_trap
3941
3942         IF ( ( .NOT. found_loc ) .AND. ( target_x(target_loop) .GT. all_x(1) ) ) THEN
3943
3944            !  Get full pressure back so that our extrpolations make sense.
3945
3946            IF ( interp_type .EQ. 1 ) THEN
3947               all_x_full    =       all_x
3948               target_x_full =       target_x
3949            ELSE
3950               all_x_full    = EXP ( all_x )
3951               target_x_full = EXP ( target_x )
3952            END IF
3953            !  Isothermal extrapolation.
3954
3955            IF      ( ( extrap_type .EQ. 1 ) .AND. ( var_type .EQ. 'T' ) ) THEN
3956
3957               temp_1 = all_y(1) * ( all_x_full(1) / 100000. ) ** RovCp
3958               target_y(target_loop) = temp_1 * ( 100000. / target_x_full(target_loop) ) ** RovCp
3959
3960            !  Standard atmosphere -6.5 K/km lapse rate for the extrapolation.
3961
3962            ELSE IF ( ( extrap_type .EQ. 2 ) .AND. ( var_type .EQ. 'T' ) ) THEN
3963
3964               depth_of_extrap_in_p = target_x_full(target_loop) - all_x_full(1)
3965               avg_of_extrap_p = ( target_x_full(target_loop) + all_x_full(1) ) * 0.5
3966               temp_extrap_starting_point = all_y(1) * ( all_x_full(1) / 100000. ) ** RovCp
3967               dhdp = CRC_const1 * CRC_const2 * ( avg_of_extrap_p / 100. ) ** ( CRC_const2 - 1. )
3968               dh = dhdp * ( depth_of_extrap_in_p / 100. )
3969               dt = dh * CRC_const3
3970               target_y(target_loop) = ( temp_extrap_starting_point + dt ) * ( 100000. / target_x_full(target_loop) ) ** RovCp
3971
3972            !  Adiabatic extrapolation for theta.
3973
3974            ELSE IF ( ( extrap_type .EQ. 3 ) .AND. ( var_type .EQ. 'T' ) ) THEN
3975
3976               target_y(target_loop) = all_y(1)
3977
3978
3979            !  Wild extrapolation for non-temperature vars.
3980
3981            ELSE IF ( extrap_type .EQ. 1 ) THEN
3982
3983               target_y(target_loop) = ( all_y(2) * ( target_x(target_loop) - all_x(3) ) + &
3984                                         all_y(3) * ( all_x(2) - target_x(target_loop) ) ) / &
3985                                       ( all_x(2) - all_x(3) )
3986
3987            !  Use a constant value below ground.
3988
3989            ELSE IF ( extrap_type .EQ. 2 ) THEN
3990
3991               target_y(target_loop) = all_y(1)
3992
3993            ELSE IF ( extrap_type .EQ. 3 ) THEN
3994               CALL wrf_error_fatal ( 'You are not allowed to use extrap_option #3 for any var except for theta.' )
3995
3996            END IF
3997            CYCLE
3998         ELSE IF ( .NOT. found_loc ) THEN
3999            print *,'i,j = ',i,j
4000            print *,'target pressure and value = ',target_x(target_loop),target_y(target_loop)
4001            DO loop = 1 , all_dim
4002               print *,'column of pressure and value = ',all_x(loop),all_y(loop)
4003            END DO
4004            CALL wrf_error_fatal ( 'troubles, could not find trapping x locations' )
4005         END IF
4006
4007         !  Even or odd order?  We can put the value in the middle if this is
4008         !  an odd order interpolator.  For the even guys, we'll do it twice
4009         !  and shift the range one index, then get an average.
4010
4011         IF      ( MOD(n,2) .NE. 0 ) THEN
4012            IF ( ( loc_center_left -(((n+1)/2)-1) .GE.       1 ) .AND. &
4013                 ( loc_center_right+(((n+1)/2)-1) .LE. all_dim ) ) THEN
4014               ist  = loc_center_left -(((n+1)/2)-1)
4015               iend = ist + n
4016               CALL lagrange_interp ( all_x(ist:iend) , all_y(ist:iend) , n , target_x(target_loop) , target_y(target_loop) )
4017            ELSE
4018               IF ( .NOT. found_loc ) THEN
4019                  CALL wrf_error_fatal ( 'I doubt this will happen, I will only do 2nd order for now' )
4020               END IF
4021            END IF
4022
4023         ELSE IF ( ( MOD(n,2) .EQ. 0 ) .AND. &
4024                   ( ( target_loop .GE. 1 + vboundb ) .AND. ( target_loop .LE. target_dim - vboundt ) ) ) THEN
4025            IF      ( ( loc_center_left -(((n  )/2)-1) .GE.       1 ) .AND. &
4026                      ( loc_center_right+(((n  )/2)  ) .LE. all_dim ) .AND. &
4027                      ( loc_center_left -(((n  )/2)  ) .GE.       1 ) .AND. &
4028                      ( loc_center_right+(((n  )/2)-1) .LE. all_dim ) ) THEN
4029               ist  = loc_center_left -(((n  )/2)-1)
4030               iend = ist + n
4031               CALL lagrange_interp ( all_x(ist:iend) , all_y(ist:iend) , n , target_x(target_loop) , target_y_1              )
4032               ist  = loc_center_left -(((n  )/2)  )
4033               iend = ist + n
4034               CALL lagrange_interp ( all_x(ist:iend) , all_y(ist:iend) , n , target_x(target_loop) , target_y_2              )
4035               target_y(target_loop) = ( target_y_1 + target_y_2 ) * 0.5
4036
4037            ELSE IF ( ( loc_center_left -(((n  )/2)-1) .GE.       1 ) .AND. &
4038                      ( loc_center_right+(((n  )/2)  ) .LE. all_dim ) ) THEN
4039               ist  = loc_center_left -(((n  )/2)-1)
4040               iend = ist + n
4041               CALL lagrange_interp ( all_x(ist:iend) , all_y(ist:iend) , n , target_x(target_loop) , target_y(target_loop)   )
4042            ELSE IF ( ( loc_center_left -(((n  )/2)  ) .GE.       1 ) .AND. &
4043                      ( loc_center_right+(((n  )/2)-1) .LE. all_dim ) ) THEN
4044               ist  = loc_center_left -(((n  )/2)  )
4045               iend = ist + n
4046               CALL lagrange_interp ( all_x(ist:iend) , all_y(ist:iend) , n , target_x(target_loop) , target_y(target_loop)   )
4047            ELSE
4048               CALL wrf_error_fatal ( 'unauthorized area, you should not be here' )
4049            END IF
4050
4051         ELSE IF ( MOD(n,2) .EQ. 0 ) THEN
4052               ist  = loc_center_left
4053               iend = loc_center_right
4054               CALL lagrange_interp ( all_x(ist:iend) , all_y(ist:iend) , 1 , target_x(target_loop) , target_y(target_loop) )
4055
4056         END IF
4057
4058      END DO
4059
4060   END SUBROUTINE lagrange_setup
4061
4062!---------------------------------------------------------------------
4063
4064   SUBROUTINE lagrange_interp ( x , y , n , target_x , target_y )
4065
4066      !  Interpolation using Lagrange polynomials.
4067      !  P(x) = f(x0)Ln0(x) + ... + f(xn)Lnn(x)
4068      !  where Lnk(x) = (x -x0)(x -x1)...(x -xk-1)(x -xk+1)...(x -xn)
4069      !                 ---------------------------------------------
4070      !                 (xk-x0)(xk-x1)...(xk-xk-1)(xk-xk+1)...(xk-xn)
4071
4072      IMPLICIT NONE
4073
4074      INTEGER , INTENT(IN) :: n
4075      REAL , DIMENSION(0:n) , INTENT(IN) :: x , y
4076      REAL , INTENT(IN) :: target_x
4077
4078      REAL , INTENT(OUT) :: target_y
4079
4080      !  Local vars
4081
4082      INTEGER :: i , k
4083      REAL :: numer , denom , Px
4084      REAL , DIMENSION(0:n) :: Ln
4085
4086      Px = 0.
4087      DO i = 0 , n
4088         numer = 1.
4089         denom = 1.
4090         DO k = 0 , n
4091            IF ( k .EQ. i ) CYCLE
4092            numer = numer * ( target_x  - x(k) )
4093            denom = denom * ( x(i)  - x(k) )
4094         END DO
4095         IF ( denom .NE. 0. ) THEN
4096            Ln(i) = y(i) * numer / denom
4097            Px = Px + Ln(i)
4098         ENDIF
4099      END DO
4100      target_y = Px
4101
4102   END SUBROUTINE lagrange_interp
4103
4104#ifndef VERT_UNIT
4105!---------------------------------------------------------------------
4106
4107   SUBROUTINE p_dry ( mu0 , eta , pdht , pdry , full_levs , &
4108                             ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4109                             ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4110                             its , ite , jts , jte , kts , kte )
4111
4112   !  Compute reference pressure and the reference mu.
4113
4114      IMPLICIT NONE
4115
4116      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4117                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4118                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
4119
4120      LOGICAL :: full_levs
4121
4122      REAL , DIMENSION(ims:ime,        jms:jme) , INTENT(IN)     :: mu0
4123      REAL , DIMENSION(        kms:kme        ) , INTENT(IN)     :: eta
4124      REAL                                                       :: pdht
4125      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(OUT)    :: pdry
4126
4127      !  Local vars
4128
4129      INTEGER :: i , j , k
4130      REAL , DIMENSION(        kms:kme        )                  :: eta_h
4131
4132      IF ( full_levs ) THEN
4133         DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4134            DO k = kts , kte
4135               DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4136                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4137                  pdry(i,k,j) = eta(k) * mu0(i,j) + pdht
4138               END DO
4139            END DO
4140         END DO
4141
4142      ELSE
4143         DO k = kts , kte-1
4144            eta_h(k) = ( eta(k) + eta(k+1) ) * 0.5
4145         END DO
4146
4147         DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4148            DO k = kts , kte-1
4149               DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4150                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4151                  pdry(i,k,j) = eta_h(k) * mu0(i,j) + pdht
4152               END DO
4153            END DO
4154         END DO
4155      END IF
4156
4157   END SUBROUTINE p_dry
4158
4159!---------------------------------------------------------------------
4160
4161   SUBROUTINE p_dts ( pdts , intq , psfc , p_top , &
4162                      ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4163                      ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4164                      its , ite , jts , jte , kts , kte )
4165
4166   !  Compute difference between the dry, total surface pressure and the top pressure.
4167
4168      IMPLICIT NONE
4169
4170      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4171                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4172                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
4173
4174      REAL , INTENT(IN) :: p_top
4175      REAL , DIMENSION(ims:ime,jms:jme) , INTENT(IN)     :: psfc
4176      REAL , DIMENSION(ims:ime,jms:jme) , INTENT(IN)     :: intq
4177      REAL , DIMENSION(ims:ime,jms:jme) , INTENT(OUT)    :: pdts
4178
4179      !  Local vars
4180
4181      INTEGER :: i , j , k
4182
4183      DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4184         DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4185            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4186            pdts(i,j) = psfc(i,j) - intq(i,j) - p_top
4187         END DO
4188      END DO
4189
4190   END SUBROUTINE p_dts
4191
4192!---------------------------------------------------------------------
4193
4194   SUBROUTINE p_dhs ( pdhs , ht , p0 , t0 , a , &
4195                      ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4196                      ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4197                      its , ite , jts , jte , kts , kte )
4198
4199   !  Compute dry, hydrostatic surface pressure.
4200
4201      IMPLICIT NONE
4202
4203      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4204                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4205                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
4206
4207      REAL , DIMENSION(ims:ime,        jms:jme) , INTENT(IN)     :: ht
4208      REAL , DIMENSION(ims:ime,        jms:jme) , INTENT(OUT)    :: pdhs
4209
4210      REAL , INTENT(IN) :: p0 , t0 , a
4211
4212      !  Local vars
4213
4214      INTEGER :: i , j , k
4215
4216      REAL , PARAMETER :: Rd = r_d
4217
4218      DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4219         DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4220            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4221            pdhs(i,j) = p0 * EXP ( -t0/a + SQRT ( (t0/a)**2 - 2. * g * ht(i,j)/(a * Rd) ) )
4222         END DO
4223      END DO
4224
4225   END SUBROUTINE p_dhs
4226
4227!---------------------------------------------------------------------
4228
4229   SUBROUTINE find_p_top ( p , p_top , &
4230                           ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4231                           ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4232                           its , ite , jts , jte , kts , kte )
4233
4234   !  Find the largest pressure in the top level.  This is our p_top.  We are
4235   !  assuming that the top level is the location where the pressure is a minimum
4236   !  for each column.  In cases where the top surface is not isobaric, a
4237   !  communicated value must be shared in the calling routine.  Also in cases
4238   !  where the top surface is not isobaric, care must be taken that the new
4239   !  maximum pressure is not greater than the previous value.  This test is
4240   !  also handled in the calling routine.
4241
4242      IMPLICIT NONE
4243
4244      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4245                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4246                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
4247
4248      REAL :: p_top
4249      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(IN) :: p
4250
4251      !  Local vars
4252
4253      INTEGER :: i , j , k, min_lev
4254
4255      i = its
4256      j = jts
4257      p_top = p(i,2,j)
4258      min_lev = 2
4259      DO k = 2 , kte
4260         IF ( p_top .GT. p(i,k,j) ) THEN
4261            p_top = p(i,k,j)
4262            min_lev = k
4263         END IF
4264      END DO
4265
4266      k = min_lev
4267      p_top = p(its,k,jts)
4268      DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4269         DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4270            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4271            p_top = MAX ( p_top , p(i,k,j) )
4272         END DO
4273      END DO
4274
4275   END SUBROUTINE find_p_top
4276
4277!---------------------------------------------------------------------
4278
4279   SUBROUTINE t_to_theta ( t , p , p00 , &
4280                      ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4281                      ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4282                      its , ite , jts , jte , kts , kte )
4283
4284   !  Compute potential temperature from temperature and pressure.
4285
4286      IMPLICIT NONE
4287
4288      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4289                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4290                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
4291
4292      REAL , INTENT(IN) :: p00
4293      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(IN)     :: p
4294      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(INOUT)  :: t
4295
4296      !  Local vars
4297
4298      INTEGER :: i , j , k
4299
4300      REAL , PARAMETER :: Rd = r_d
4301
4302      DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4303         DO k = kts , kte
4304            DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4305               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4306               t(i,k,j) = t(i,k,j) * ( p00 / p(i,k,j) ) ** (Rd / Cp)
4307            END DO
4308         END DO
4309      END DO
4310
4311   END SUBROUTINE t_to_theta
4312
4313
4314!---------------------------------------------------------------------
4315
4316   SUBROUTINE theta_to_t ( t , p , p00 , &
4317                      ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4318                      ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4319                      its , ite , jts , jte , kts , kte )
4320
4321   !  Compute temperature from potential temp and pressure.
4322
4323      IMPLICIT NONE
4324
4325      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4326                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4327                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
4328
4329      REAL , INTENT(IN) :: p00
4330      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(IN)     :: p
4331      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(INOUT)  :: t
4332
4333      !  Local vars
4334
4335      INTEGER :: i , j , k
4336
4337      REAL , PARAMETER :: Rd = r_d
4338      CHARACTER (LEN=80) :: mess
4339
4340      DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4341         DO k = kts , kte-1
4342            DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4343             IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4344             if ( p(i,k,j) .NE. 0. ) then
4345               t(i,k,j) = t(i,k,j) / ( ( p00 / p(i,k,j) ) ** (Rd / Cp) )
4346             else
4347               WRITE(mess,*) 'Troubles in theta_to_t'
4348               CALL wrf_debug(0,mess)
4349               WRITE(mess,*) "i,j,k = ", i,j,k
4350               CALL wrf_debug(0,mess)
4351               WRITE(mess,*) "p(i,k,j) = ", p(i,k,j)
4352               CALL wrf_debug(0,mess)
4353               WRITE(mess,*) "t(i,k,j) = ", t(i,k,j)
4354               CALL wrf_debug(0,mess)
4355             endif
4356            END DO
4357         END DO
4358      END DO
4359
4360   END SUBROUTINE theta_to_t
4361
4362!---------------------------------------------------------------------
4363
4364   SUBROUTINE integ_moist ( q_in , p_in , pd_out , t_in , ght_in , intq , &
4365                            ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4366                            ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4367                            its , ite , jts , jte , kts , kte )
4368
4369   !  Integrate the moisture field vertically.  Mostly used to get the total
4370   !  vapor pressure, which can be subtracted from the total pressure to get
4371   !  the dry pressure.
4372
4373      IMPLICIT NONE
4374
4375      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4376                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4377                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
4378
4379      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(IN)     :: q_in , p_in , t_in , ght_in
4380      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(OUT)    :: pd_out
4381      REAL , DIMENSION(ims:ime,        jms:jme) , INTENT(OUT)    :: intq
4382
4383      !  Local vars
4384
4385      INTEGER :: i , j , k
4386      INTEGER , DIMENSION(ims:ime) :: level_above_sfc
4387      REAL , DIMENSION(ims:ime,jms:jme) :: psfc , tsfc , qsfc, zsfc
4388      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme) :: q , p , t , ght, pd
4389
4390      REAL :: rhobar , qbar , dz
4391      REAL :: p1 , p2 , t1 , t2 , q1 , q2 , z1, z2
4392
4393      LOGICAL :: upside_down
4394
4395      REAL , PARAMETER :: Rd = r_d
4396
4397      !  Is the data upside down?
4398
4399
4400      find_valid : DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4401         DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4402            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4403            IF ( p_in(i,kts+1,j) .LT. p_in(i,kte,j) ) THEN
4404               upside_down = .TRUE.
4405            ELSE
4406               upside_down = .FALSE.
4407            END IF
4408            EXIT find_valid
4409         END DO
4410      END DO find_valid
4411
4412      !  Get a surface value, always the first level of a 3d field.
4413
4414      DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4415         DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4416            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4417            psfc(i,j) = p_in(i,kts,j)
4418            tsfc(i,j) = t_in(i,kts,j)
4419            qsfc(i,j) = q_in(i,kts,j)
4420            zsfc(i,j) = ght_in(i,kts,j)
4421         END DO
4422      END DO
4423
4424      DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4425
4426         !  Initialize the integrated quantity of moisture to zero.
4427
4428         DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4429            intq(i,j) = 0.
4430         END DO
4431
4432         IF ( upside_down ) THEN
4433            DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4434               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4435               p(i,kts) = p_in(i,kts,j)
4436               t(i,kts) = t_in(i,kts,j)
4437               q(i,kts) = q_in(i,kts,j)
4438               ght(i,kts) = ght_in(i,kts,j)
4439               DO k = kts+1,kte
4440                  p(i,k) = p_in(i,kte+2-k,j)
4441                  t(i,k) = t_in(i,kte+2-k,j)
4442                  q(i,k) = q_in(i,kte+2-k,j)
4443                  ght(i,k) = ght_in(i,kte+2-k,j)
4444               END DO
4445            END DO
4446         ELSE
4447            DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4448               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4449               DO k = kts,kte
4450                  p(i,k) = p_in(i,k      ,j)
4451                  t(i,k) = t_in(i,k      ,j)
4452                  q(i,k) = q_in(i,k      ,j)
4453                  ght(i,k) = ght_in(i,k      ,j)
4454               END DO
4455            END DO
4456         END IF
4457
4458         !  Find the first level above the ground.  If all of the levels are above ground, such as
4459         !  a terrain following lower coordinate, then the first level above ground is index #2.
4460
4461         DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4462            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4463            level_above_sfc(i) = -1
4464            IF ( p(i,kts+1) .LT. psfc(i,j) ) THEN
4465               level_above_sfc(i) = kts+1
4466            ELSE
4467               find_k : DO k = kts+1,kte-1
4468                  IF ( ( p(i,k  )-psfc(i,j) .GE. 0. ) .AND. &
4469                       ( p(i,k+1)-psfc(i,j) .LT. 0. ) ) THEN
4470                     level_above_sfc(i) = k+1
4471                     EXIT find_k
4472                  END IF
4473               END DO find_k
4474               IF ( level_above_sfc(i) .EQ. -1 ) THEN
4475print *,'i,j = ',i,j
4476print *,'p = ',p(i,:)
4477print *,'p sfc = ',psfc(i,j)
4478                  CALL wrf_error_fatal ( 'Could not find level above ground')
4479               END IF
4480            END IF
4481         END DO
4482
4483         DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4484            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4485
4486            !  Account for the moisture above the ground.
4487
4488            pd(i,kte) = p(i,kte)
4489            DO k = kte-1,level_above_sfc(i),-1
4490                  rhobar = ( p(i,k  ) / ( Rd * t(i,k  ) ) + &
4491                             p(i,k+1) / ( Rd * t(i,k+1) ) ) * 0.5
4492                  qbar   = ( q(i,k  ) + q(i,k+1) ) * 0.5
4493                  dz     = ght(i,k+1) - ght(i,k)
4494                  intq(i,j) = intq(i,j) + g * qbar * rhobar / (1. + qbar) * dz
4495                  pd(i,k) = p(i,k) - intq(i,j)
4496            END DO
4497
4498            !  Account for the moisture between the surface and the first level up.
4499
4500            IF ( ( p(i,level_above_sfc(i)-1)-psfc(i,j) .GE. 0. ) .AND. &
4501                 ( p(i,level_above_sfc(i)  )-psfc(i,j) .LT. 0. ) .AND. &
4502                 ( level_above_sfc(i) .GT. kts ) ) THEN
4503               p1 = psfc(i,j)
4504               p2 = p(i,level_above_sfc(i))
4505               t1 = tsfc(i,j)
4506               t2 = t(i,level_above_sfc(i))
4507               q1 = qsfc(i,j)
4508               q2 = q(i,level_above_sfc(i))
4509               z1 = zsfc(i,j)
4510               z2 = ght(i,level_above_sfc(i))
4511               rhobar = ( p1 / ( Rd * t1 ) + &
4512                          p2 / ( Rd * t2 ) ) * 0.5
4513               qbar   = ( q1 + q2 ) * 0.5
4514               dz     = z2 - z1
4515               IF ( dz .GT. 0.1 ) THEN
4516                  intq(i,j) = intq(i,j) + g * qbar * rhobar / (1. + qbar) * dz
4517               END IF
4518
4519               !  Fix the underground values.
4520
4521               DO k = level_above_sfc(i)-1,kts+1,-1
4522                  pd(i,k) = p(i,k) - intq(i,j)
4523               END DO
4524            END IF
4525            pd(i,kts) = psfc(i,j) - intq(i,j)
4526
4527         END DO
4528
4529         IF ( upside_down ) THEN
4530            DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4531               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4532               pd_out(i,kts,j) = pd(i,kts)
4533               DO k = kts+1,kte
4534                  pd_out(i,kte+2-k,j) = pd(i,k)
4535               END DO
4536            END DO
4537         ELSE
4538            DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4539               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4540               DO k = kts,kte
4541                  pd_out(i,k,j) = pd(i,k)
4542               END DO
4543            END DO
4544         END IF
4545
4546      END DO
4547
4548   END SUBROUTINE integ_moist
4549
4550!---------------------------------------------------------------------
4551
4552   SUBROUTINE rh_to_mxrat2(rh, t, p, q , wrt_liquid , &
4553                           qv_max_p_safe , &
4554                           qv_max_flag , qv_max_value , &
4555                           qv_min_p_safe , &
4556                           qv_min_flag , qv_min_value , &
4557                           ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4558                           ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4559                           its , ite , jts , jte , kts , kte )
4560
4561      !  This subroutine computes mixing ratio (q, kg/kg) from basic variables
4562      !  pressure (p, Pa), temperature (t, K) and relative humidity (rh, 0-100%).
4563      !  Phase transition, liquid water to ice, occurs over (0,-23) temperature range (Celcius).
4564      !  Formulation used here is based on:
4565      !  WMO, General meteorological standards and recommended practices,
4566      !   Appendix A, WMO Technical Regulations, WMO-No. 49, corrigendum,
4567      !   August 2000.    --TKW 03/30/2011
4568
4569      IMPLICIT NONE
4570
4571      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4572                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4573                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
4574
4575      LOGICAL , INTENT(IN)        :: wrt_liquid
4576
4577      REAL , INTENT(IN)           :: qv_max_p_safe , qv_max_flag , qv_max_value
4578      REAL , INTENT(IN)           :: qv_min_p_safe , qv_min_flag , qv_min_value
4579
4580      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(IN)     :: p , t
4581      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(INOUT)  :: rh
4582      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(OUT)    :: q
4583
4584      !  Local vars
4585
4586      REAL,         PARAMETER     :: T0K = 273.16
4587      REAL,         PARAMETER     :: Tice = T0K - 23.0
4588
4589      REAL,         PARAMETER     :: cfe = 1.0/(23.0*23.0)
4590      REAL,         PARAMETER     :: eps = 0.622
4591
4592      ! Coefficients for esat over liquid water
4593      REAL,         PARAMETER     :: cw1 = 10.79574
4594      REAL,         PARAMETER     :: cw2 = -5.02800
4595      REAL,         PARAMETER     :: cw3 = 1.50475E-4
4596      REAL,         PARAMETER     :: cw4 = 0.42873E-3
4597      REAL,         PARAMETER     :: cw5 = 0.78614
4598
4599      ! Coefficients for esat over ice
4600      REAL,         PARAMETER     :: ci1 = -9.09685
4601      REAL,         PARAMETER     :: ci2 = -3.56654
4602      REAL,         PARAMETER     :: ci3 = 0.87682
4603      REAL,         PARAMETER     :: ci4 = 0.78614
4604
4605      REAL,         PARAMETER     :: Tn = 273.16
4606
4607      ! 1 ppm is a reasonable estimate for minimum QV even for stratospheric altitudes
4608      REAL,         PARAMETER     :: QV_MIN = 1.e-6
4609
4610      ! Maximum allowed QV is computed under the extreme condition:
4611      !            Saturated at 40 degree in Celcius and 1000 hPa
4612      REAL,         PARAMETER     :: QV_MAX = 0.045
4613
4614      ! Need to constrain WVP in the stratosphere where pressure
4615      ! is low but tempearure is hot (warm)
4616      ! Maximum ratio of e/p, = q/(0.622+q)
4617      REAL,         PARAMETER     :: EP_MAX = QV_MAX/(eps+QV_MAX)
4618
4619      INTEGER                     :: i , j , k
4620
4621      REAL                        :: ew , q1 , t1
4622      REAL                        :: ta, tb, pw3, pw4, pwr
4623      REAL                        :: es, esw, esi, wvp, pmb, wvpmax
4624
4625      DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4626         DO k = kts , kte
4627            DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4628               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4629               rh(i,k,j) = MIN ( MAX ( rh(i,k,j) ,  0. ) , 100. )
4630            END DO
4631         END DO
4632      END DO
4633
4634      IF ( wrt_liquid ) THEN
4635         DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4636            DO k = kts , kte
4637               DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4638                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4639                  Ta=Tn/T(i,k,j)
4640                  Tb=T(i,k,j)/Tn
4641                  pw3 = -8.2969*(Tb-1.0)
4642                  pw4 = 4.76955*(1.0-Ta)
4643                  pwr = cw1*(1.0-Ta) + cw2*LOG10(Tb) + cw3*(1.0-10.0**pw3) + cw4*(10.0**pw4-1.0) + cw5
4644                  es = 10.0**pwr             ! Saturation WVP
4645                  wvp = 0.01*rh(i,k,j)*es    ! Actual WVP
4646                  pmb = p(i,k,j)/100.
4647                  wvpmax = EP_MAX*pmb        ! Prevents unrealistic QV in the stratosphere
4648                  wvp = MIN(wvp,wvpmax)
4649                  q(i,k,j) = eps*wvp/(pmb-wvp)
4650               END DO
4651            END DO
4652         END DO
4653
4654      ELSE
4655         DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4656            DO k = kts , kte
4657               DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4658                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4659                  Ta=Tn/T(i,k,j)
4660                  Tb=T(i,k,j)/Tn
4661                  IF (t(i,k,j) >= T0K) THEN         ! Over liquid water
4662                     pw3 = -8.2969*(Tb-1.0)
4663                     pw4 = 4.76955*(1.0-Ta)
4664                     pwr = cw1*(1.0-Ta) + cw2*LOG10(Tb) + cw3*(1.0-10.0**pw3) + cw4*(10.0**pw4-1.0) + cw5
4665                     es = 10.0**pwr
4666                     wvp = 0.01*rh(i,k,j)*es
4667                  ELSE IF (t(i,k,j) <= Tice) THEN   ! Over ice
4668                     pwr = ci1*(Ta-1.0) + ci2*LOG10(Ta) + ci3*(1.0-Tb) + ci4
4669                     es = 10.0**pwr
4670                     wvp = 0.01*rh(i,k,j)*es
4671                  ELSE                              ! Mixed
4672                     pw3 = -8.2969*(Tb-1.0)
4673                     pw4 = 4.76955*(1.0-Ta)
4674                     pwr = cw1*(1.0-Ta) + cw2*LOG10(Tb) + cw3*(1.0-10.0**pw3) + cw4*(10.0**pw4-1.0) + cw5
4675                     esw = 10.0**pwr      ! Over liquid water
4676
4677                     pwr = ci1*(Ta-1.0) + ci2*LOG10(Ta) + ci3*(1.0-Tb) + ci4
4678                     esi = 10.0**pwr      ! Over ice
4679
4680                     es = esi + (esw-esi)*cfe*(T(i,k,j)-Tice)*(T(i,k,j)-Tice)
4681                     wvp = 0.01*rh(i,k,j)*es
4682                  END IF
4683                  pmb = p(i,k,j)/100.
4684                  wvpmax = EP_MAX*pmb     ! Prevents unrealistic QV in the stratosphere
4685                  wvp = MIN(wvp,wvpmax)
4686                  q(i,k,j) = eps*wvp/(pmb-wvp)
4687               END DO
4688            END DO
4689         END DO
4690      END IF
4691
4692      !  For pressures above a defined level, reasonable Qv values should be
4693      !  a certain value or smaller.  If they are larger than this, the input data
4694      !  probably had "missing" RH, and we filled in some values.  This is an
4695      !  attempt to catch those.  Also, set the minimum value for the entire
4696      !  domain that is above the selected pressure level.
4697     
4698      DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4699         DO k = kts , kte
4700            DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4701               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4702               IF ( p(i,k,j) .LT. qv_max_p_safe ) THEN
4703                  IF ( q(i,k,j) .GT. qv_max_flag ) THEN
4704                     q(i,k,j) = qv_max_value
4705                  END IF
4706               END IF
4707               IF ( p(i,k,j) .LT. qv_min_p_safe ) THEN
4708                  IF ( q(i,k,j) .LT. qv_min_flag ) THEN
4709                     q(i,k,j) = qv_min_value
4710                  END IF
4711               END IF
4712            END DO
4713         END DO
4714      END DO
4715
4716   END SUBROUTINE rh_to_mxrat2
4717
4718!---------------------------------------------------------------------
4719
4720   SUBROUTINE rh_to_mxrat1(rh, t, p, q , wrt_liquid , &
4721                           qv_max_p_safe , &
4722                           qv_max_flag , qv_max_value , &
4723                           qv_min_p_safe , &
4724                           qv_min_flag , qv_min_value , &
4725                           ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4726                           ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4727                           its , ite , jts , jte , kts , kte )
4728
4729      IMPLICIT NONE
4730
4731      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4732                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4733                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
4734
4735      LOGICAL , INTENT(IN)        :: wrt_liquid
4736
4737      REAL , INTENT(IN)           :: qv_max_p_safe , qv_max_flag , qv_max_value
4738      REAL , INTENT(IN)           :: qv_min_p_safe , qv_min_flag , qv_min_value
4739
4740      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(IN)     :: p , t
4741      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(INOUT)  :: rh
4742      REAL , DIMENSION(ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(OUT)    :: q
4743
4744      !  Local vars
4745
4746      INTEGER                     :: i , j , k
4747
4748      REAL                        :: ew , q1 , t1
4749
4750      REAL,         PARAMETER     :: T_REF       = 0.0
4751      REAL,         PARAMETER     :: MW_AIR      = 28.966
4752      REAL,         PARAMETER     :: MW_VAP      = 18.0152
4753
4754      REAL,         PARAMETER     :: A0       = 6.107799961
4755      REAL,         PARAMETER     :: A1       = 4.436518521e-01
4756      REAL,         PARAMETER     :: A2       = 1.428945805e-02
4757      REAL,         PARAMETER     :: A3       = 2.650648471e-04
4758      REAL,         PARAMETER     :: A4       = 3.031240396e-06
4759      REAL,         PARAMETER     :: A5       = 2.034080948e-08
4760      REAL,         PARAMETER     :: A6       = 6.136820929e-11
4761
4762      REAL,         PARAMETER     :: ES0 = 6.1121
4763
4764      REAL,         PARAMETER     :: C1       = 9.09718
4765      REAL,         PARAMETER     :: C2       = 3.56654
4766      REAL,         PARAMETER     :: C3       = 0.876793
4767      REAL,         PARAMETER     :: EIS      = 6.1071
4768      REAL                        :: RHS
4769      REAL,         PARAMETER     :: TF       = 273.16
4770      REAL                        :: TK
4771
4772      REAL                        :: ES
4773      REAL                        :: QS
4774      REAL,         PARAMETER     :: EPS         = 0.622
4775      REAL,         PARAMETER     :: SVP1        = 0.6112
4776      REAL,         PARAMETER     :: SVP2        = 17.67
4777      REAL,         PARAMETER     :: SVP3        = 29.65
4778      REAL,         PARAMETER     :: SVPT0       = 273.15
4779
4780      CHARACTER (LEN=80) :: mess
4781
4782      !  This subroutine computes mixing ratio (q, kg/kg) from basic variables
4783      !  pressure (p, Pa), temperature (t, K) and relative humidity (rh, 1-100%).
4784      !  The reference temperature (t_ref, C) is used to describe the temperature
4785      !  at which the liquid and ice phase change occurs.
4786
4787      DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4788         DO k = kts , kte-1
4789            DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4790               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4791               rh(i,k,j) = MIN ( MAX ( rh(i,k,j) ,  0. ) , 100. )
4792            END DO
4793         END DO
4794      END DO
4795
4796      IF ( wrt_liquid ) THEN
4797         DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4798            DO k = kts , kte-1
4799               DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4800                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4801
4802! es is reduced by RH here to avoid problems in low-pressure cases
4803                  if (t(i,k,j) .ne. 0.) then
4804                     es=.01*rh(i,k,j)*svp1*10.*EXP(svp2*(t(i,k,j)-svpt0)/(t(i,k,j)-svp3))
4805                     IF (es .ge. p(i,k,j)/100.)THEN
4806                       q(i,k,j)=0.0
4807                       WRITE(mess,*) 'Warning: vapor pressure exceeds total pressure, setting Qv to 0'
4808                       CALL wrf_debug(0,mess)
4809                     ELSE
4810                       q(i,k,j)=eps*es/(p(i,k,j)/100.-es)
4811                     ENDIF
4812                  else
4813                     q(i,k,j)=0.0
4814                     WRITE(mess,*) 't(i,j,k) was 0 at ', i,j,k,', setting Qv to 0'
4815                     CALL wrf_debug(0,mess)
4816                  endif
4817               END DO
4818            END DO
4819         END DO
4820
4821      ELSE
4822         DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4823            DO k = kts , kte-1
4824               DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4825                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4826
4827                  t1 = t(i,k,j) - 273.16
4828
4829                  !  Obviously dry.
4830
4831                  IF ( t1 .lt. -200. ) THEN
4832                     q(i,k,j) = 0
4833
4834                  ELSE
4835
4836                     !  First compute the ambient vapor pressure of water
4837
4838                     !  Liquid phase t > 0 C
4839
4840                     IF ( t1 .GE. t_ref ) THEN
4841                        ew = a0 + t1 * (a1 + t1 * (a2 + t1 * (a3 + t1 * (a4 + t1 * (a5 + t1 * a6)))))
4842
4843                     !  Mixed phase -47 C < t < 0 C
4844
4845                     ELSE IF ( ( t1 .LT. t_ref ) .AND. ( t1 .GE. -47. ) ) THEN
4846                        ew = es0 * exp(17.67 * t1 / ( t1 + 243.5))
4847
4848                     !  Ice phase t < -47 C
4849
4850                     ELSE IF ( t1 .LT. -47. ) THEN
4851                        tk = t(i,k,j)
4852                        rhs = -c1 * (tf / tk - 1.) - c2 * alog10(tf / tk) +  &
4853                               c3 * (1. - tk / tf) +      alog10(eis)
4854                        ew = 10. ** rhs
4855
4856                     END IF
4857
4858                     !  Now sat vap pres obtained compute local vapor pressure
4859
4860                     ew = MAX ( ew , 0. ) * rh(i,k,j) * 0.01
4861
4862                     !  Now compute the specific humidity using the partial vapor
4863                     !  pressures of water vapor (ew) and dry air (p-ew).  The
4864                     !  constants assume that the pressure is in hPa, so we divide
4865                     !  the pressures by 100.
4866
4867                     q1 = mw_vap * ew
4868                     q1 = q1 / (q1 + mw_air * (p(i,k,j)/100. - ew))
4869
4870                     q(i,k,j) = q1 / (1. - q1 )
4871
4872                  END IF
4873
4874               END DO
4875            END DO
4876         END DO
4877      END IF
4878
4879      !  For pressures above a defined level, reasonable Qv values should be
4880      !  a certain value or smaller.  If they are larger than this, the input data
4881      !  probably had "missing" RH, and we filled in some values.  This is an
4882      !  attempt to catch those.  Also, set the minimum value for the entire
4883      !  domain that is above the selected pressure level.
4884     
4885      DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
4886         DO k = kts , kte-1
4887            DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
4888               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
4889               IF ( p(i,k,j) .LT. qv_max_p_safe ) THEN
4890                  IF ( q(i,k,j) .GT. qv_max_flag ) THEN
4891                     q(i,k,j) = qv_max_value
4892                  END IF
4893               END IF
4894               IF ( p(i,k,j) .LT. qv_min_p_safe ) THEN
4895                  IF ( q(i,k,j) .LT. qv_min_flag ) THEN
4896                     q(i,k,j) = qv_min_value
4897                  END IF
4898               END IF
4899            END DO
4900         END DO
4901      END DO
4902
4903   END SUBROUTINE rh_to_mxrat1
4904
4905!---------------------------------------------------------------------
4906
4907   SUBROUTINE compute_eta ( znw , &
4908                           eta_levels , max_eta , max_dz , &
4909                           p_top , g , p00 , cvpm , a , r_d , cp , t00 , p1000mb , t0 , tiso , &
4910                           ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4911                           ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4912                           its , ite , jts , jte , kts , kte )
4913
4914      !  Compute eta levels, either using given values from the namelist (hardly
4915      !  a computation, yep, I know), or assuming a constant dz above the PBL,
4916      !  knowing p_top and the number of eta levels.
4917
4918      IMPLICIT NONE
4919
4920      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
4921                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
4922                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
4923      REAL , INTENT(IN)           :: max_dz
4924      REAL , INTENT(IN)           :: p_top , g , p00 , cvpm , a , r_d , cp , t00 , p1000mb , t0 , tiso
4925      INTEGER , INTENT(IN)        :: max_eta
4926      REAL , DIMENSION (max_eta) , INTENT(IN)  :: eta_levels
4927
4928      REAL , DIMENSION (kts:kte) , INTENT(OUT) :: znw
4929
4930      !  Local vars
4931
4932      INTEGER :: k
4933      REAL :: mub , t_init , p_surf , pb, ztop, ztop_pbl , dz , temp
4934      REAL , DIMENSION(kts:kte) :: dnw
4935
4936      INTEGER , PARAMETER :: prac_levels = 17
4937      INTEGER :: loop , loop1
4938      REAL , DIMENSION(prac_levels) :: znw_prac , znu_prac , dnw_prac
4939      REAL , DIMENSION(kts:kte) :: alb , phb
4940
4941      !  Gee, do the eta levels come in from the namelist?
4942
4943      IF ( ABS(eta_levels(1)+1.) .GT. 0.0000001 ) THEN
4944
4945         !  Check to see if the array is oriented OK, we can easily fix an upside down oops.
4946
4947         IF      ( ( ABS(eta_levels(1  )-1.) .LT. 0.0000001 ) .AND. &
4948                   ( ABS(eta_levels(kde)-0.) .LT. 0.0000001 ) ) THEN
4949            DO k = kds+1 , kde-1
4950               znw(k) = eta_levels(k)
4951            END DO
4952            znw(  1) = 1.
4953            znw(kde) = 0.
4954         ELSE IF ( ( ABS(eta_levels(kde)-1.) .LT. 0.0000001 ) .AND. &
4955                   ( ABS(eta_levels(1  )-0.) .LT. 0.0000001 ) ) THEN
4956            DO k = kds+1 , kde-1
4957               znw(k) = eta_levels(kde+1-k)
4958            END DO
4959            znw(  1) = 1.
4960            znw(kde) = 0.
4961         ELSE
4962            CALL wrf_error_fatal ( 'First eta level should be 1.0 and the last 0.0 in namelist' )
4963         END IF
4964
4965         !  Check to see if the input full-level eta array is monotonic.
4966
4967         DO k = kds , kde-1
4968            IF ( znw(k) .LE. znw(k+1) ) THEN
4969               PRINT *,'eta on full levels is not monotonic'
4970               PRINT *,'eta (',k,') = ',znw(k)
4971               PRINT *,'eta (',k+1,') = ',znw(k+1)
4972               CALL wrf_error_fatal ( 'Fix non-monotonic "eta_levels" in the namelist.input file' )
4973            END IF
4974         END DO
4975
4976      !  Compute eta levels assuming a constant delta z above the PBL.
4977
4978      ELSE
4979
4980         !  Compute top of the atmosphere with some silly levels.  We just want to
4981         !  integrate to get a reasonable value for ztop.  We use the planned PBL-esque
4982         !  levels, and then just coarse resolution above that.  We know p_top, and we
4983         !  have the base state vars.
4984
4985         p_surf = p00
4986
4987         znw_prac = (/ 1.000 , 0.993 , 0.983 , 0.970 , 0.954 , 0.934 , 0.909 , &
4988                       0.88 , 0.8 , 0.7 , 0.6 , 0.5 , 0.4 , 0.3 , 0.2 , 0.1 , 0.0 /)
4989
4990         DO k = 1 , prac_levels - 1
4991            znu_prac(k) = ( znw_prac(k) + znw_prac(k+1) ) * 0.5
4992            dnw_prac(k) = znw_prac(k+1) - znw_prac(k)
4993         END DO
4994
4995         DO k = 1, prac_levels-1
4996            pb = znu_prac(k)*(p_surf - p_top) + p_top
4997            temp = MAX ( tiso, t00 + A*LOG(pb/p00) )
4998!           temp =             t00 + A*LOG(pb/p00)
4999            t_init = temp*(p00/pb)**(r_d/cp) - t0
5000            alb(k) = (r_d/p1000mb)*(t_init+t0)*(pb/p1000mb)**cvpm
5001         END DO
5002
5003         !  Base state mu is defined as base state surface pressure minus p_top
5004
5005         mub = p_surf - p_top
5006
5007         !  Integrate base geopotential, starting at terrain elevation.
5008
5009         phb(1) = 0.
5010         DO k  = 2,prac_levels
5011               phb(k) = phb(k-1) - dnw_prac(k-1)*mub*alb(k-1)
5012         END DO
5013
5014         !  So, now we know the model top in meters.  Get the average depth above the PBL
5015         !  of each of the remaining levels.  We are going for a constant delta z thickness.
5016
5017         ztop     = phb(prac_levels) / g
5018         ztop_pbl = phb(8          ) / g
5019         dz = ( ztop - ztop_pbl ) / REAL ( kde - 8 )
5020
5021         !  Standard levels near the surface so no one gets in trouble.
5022
5023         DO k = 1 , 8
5024            znw(k) = znw_prac(k)
5025         END DO
5026
5027         !  Using d phb(k)/ d eta(k) = -mub * alb(k), eqn 2.9
5028         !  Skamarock et al, NCAR TN 468.  Use full levels, so
5029         !  use twice the thickness.
5030
5031         DO k = 8, kte-1-2
5032            pb = znw(k) * (p_surf - p_top) + p_top
5033            temp = MAX ( tiso, t00 + A*LOG(pb/p00) )
5034!           temp =             t00 + A*LOG(pb/p00)
5035            t_init = temp*(p00/pb)**(r_d/cp) - t0
5036            alb(k) = (r_d/p1000mb)*(t_init+t0)*(pb/p1000mb)**cvpm
5037            znw(k+1) = znw(k) - dz*g / ( mub*alb(k) )
5038         END DO
5039         znw(kte-2) = 0.000
5040
5041         !  There is some iteration.  We want the top level, ztop, to be
5042         !  consistent with the delta z, and we want the half level values
5043         !  to be consistent with the eta levels.  The inner loop to 10 gets
5044         !  the eta levels very accurately, but has a residual at the top, due
5045         !  to dz changing.  We reset dz five times, and then things seem OK.
5046
5047         DO loop1 = 1 , 5
5048            DO loop = 1 , 10
5049               DO k = 8, kte-1-2
5050                  pb = (znw(k)+znw(k+1))*0.5 * (p_surf - p_top) + p_top
5051                  temp = MAX ( tiso, t00 + A*LOG(pb/p00) )
5052!                 temp =             t00 + A*LOG(pb/p00)
5053                  t_init = temp*(p00/pb)**(r_d/cp) - t0
5054                  alb(k) = (r_d/p1000mb)*(t_init+t0)*(pb/p1000mb)**cvpm
5055                  znw(k+1) = znw(k) - dz*g / ( mub*alb(k) )
5056               END DO
5057               IF ( ( loop1 .EQ. 5 ) .AND. ( loop .EQ. 10 ) ) THEN
5058                  print *,'Converged znw(kte) should be about 0.0 = ',znw(kte-2)
5059               END IF
5060               znw(kte-2) = 0.000
5061            END DO
5062
5063            !  Here is where we check the eta levels values we just computed.
5064
5065            DO k = 1, kde-1-2
5066               pb = (znw(k)+znw(k+1))*0.5 * (p_surf - p_top) + p_top
5067               temp = MAX ( tiso, t00 + A*LOG(pb/p00) )
5068!              temp =             t00 + A*LOG(pb/p00)
5069               t_init = temp*(p00/pb)**(r_d/cp) - t0
5070               alb(k) = (r_d/p1000mb)*(t_init+t0)*(pb/p1000mb)**cvpm
5071            END DO
5072
5073            phb(1) = 0.
5074            DO k  = 2,kde-2
5075                  phb(k) = phb(k-1) - (znw(k)-znw(k-1)) * mub*alb(k-1)
5076            END DO
5077
5078            !  Reset the model top and the dz, and iterate.
5079
5080            ztop = phb(kde-2)/g
5081            ztop_pbl = phb(8)/g
5082            dz = ( ztop - ztop_pbl ) / REAL ( (kde-2) - 8 )
5083         END DO
5084
5085         IF ( dz .GT. max_dz ) THEN
5086print *,'z (m)            = ',phb(1)/g
5087do k = 2 ,kte-2
5088print *,'z (m) and dz (m) = ',phb(k)/g,(phb(k)-phb(k-1))/g
5089end do
5090print *,'dz (m) above fixed eta levels = ',dz
5091print *,'namelist max_dz (m) = ',max_dz
5092print *,'namelist p_top (Pa) = ',p_top
5093            CALL wrf_debug ( 0, 'You need one of three things:' )
5094            CALL wrf_debug ( 0, '1) More eta levels to reduce the dz: e_vert' )
5095            CALL wrf_debug ( 0, '2) A lower p_top so your total height is reduced: p_top_requested')
5096            CALL wrf_debug ( 0, '3) Increase the maximum allowable eta thickness: max_dz')
5097            CALL wrf_debug ( 0, 'All are namelist options')
5098            CALL wrf_error_fatal ( 'dz above fixed eta levels is too large')
5099         END IF
5100
5101         !  Add those 2 levels back into the middle, just above the 8 levels
5102         !  that semi define a boundary layer.  After we open up the levels,
5103         !  then we just linearly interpolate in znw.  So now levels 1-8 are
5104         !  specified as the fixed boundary layer levels given in this routine.
5105         !  The top levels, 12 through kte are those computed.  The middle
5106         !  levels 9, 10, and 11 are equi-spaced in znw, and are each 1/2 the
5107         !  the znw thickness of levels 11 through 12.
5108
5109         DO k = kte-2 , 9 , -1
5110            znw(k+2) = znw(k)
5111         END DO
5112
5113         znw( 9) = 0.75 * znw( 8) + 0.25 * znw(12)
5114         znw(10) = 0.50 * znw( 8) + 0.50 * znw(12)
5115         znw(11) = 0.25 * znw( 8) + 0.75 * znw(12)
5116
5117      END IF
5118
5119   END SUBROUTINE compute_eta
5120
5121!---------------------------------------------------------------------
5122
5123   SUBROUTINE monthly_min_max ( field_in , field_min , field_max , &
5124                      ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5125                      ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5126                      its , ite , jts , jte , kts , kte )
5127
5128   !  Plow through each month, find the max, min values for each i,j.
5129
5130      IMPLICIT NONE
5131
5132      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5133                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5134                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
5135
5136      REAL , DIMENSION(ims:ime,12,jms:jme) , INTENT(IN)  :: field_in
5137      REAL , DIMENSION(ims:ime,   jms:jme) , INTENT(OUT) :: field_min , field_max
5138
5139      !  Local vars
5140
5141      INTEGER :: i , j , l
5142      REAL :: minner , maxxer
5143
5144      DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5145         DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5146            minner = field_in(i,1,j)
5147            maxxer = field_in(i,1,j)
5148            DO l = 2 , 12
5149               IF ( field_in(i,l,j) .LT. minner ) THEN
5150                  minner = field_in(i,l,j)
5151               END IF
5152               IF ( field_in(i,l,j) .GT. maxxer ) THEN
5153                  maxxer = field_in(i,l,j)
5154               END IF
5155            END DO
5156            field_min(i,j) = minner
5157            field_max(i,j) = maxxer
5158         END DO
5159      END DO
5160
5161   END SUBROUTINE monthly_min_max
5162
5163!---------------------------------------------------------------------
5164
5165   SUBROUTINE monthly_interp_to_date ( field_in , date_str , field_out , &
5166                      ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5167                      ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5168                      its , ite , jts , jte , kts , kte )
5169
5170   !  Linrarly in time interpolate data to a current valid time.  The data is
5171   !  assumed to come in "monthly", valid at the 15th of every month.
5172
5173      IMPLICIT NONE
5174
5175      INTEGER , INTENT(IN)        :: ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5176                                     ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5177                                     its , ite , jts , jte , kts , kte
5178
5179      CHARACTER (LEN=24) , INTENT(IN) :: date_str
5180      REAL , DIMENSION(ims:ime,12,jms:jme) , INTENT(IN)  :: field_in
5181      REAL , DIMENSION(ims:ime,   jms:jme) , INTENT(OUT) :: field_out
5182
5183      !  Local vars
5184
5185      INTEGER :: i , j , l
5186      INTEGER , DIMENSION(0:13) :: middle
5187      INTEGER :: target_julyr , target_julday , target_date
5188      INTEGER :: julyr , julday , int_month , month1 , month2
5189      REAL :: gmt
5190      CHARACTER (LEN=4) :: yr
5191      CHARACTER (LEN=2) :: mon , day15
5192
5193
5194      WRITE(day15,FMT='(I2.2)') 15
5195      DO l = 1 , 12
5196         WRITE(mon,FMT='(I2.2)') l
5197         CALL get_julgmt ( date_str(1:4)//'-'//mon//'-'//day15//'_'//'00:00:00.0000' , julyr , julday , gmt )
5198         middle(l) = julyr*1000 + julday
5199      END DO
5200
5201      l = 0
5202      middle(l) = middle( 1) - 31
5203
5204      l = 13
5205      middle(l) = middle(12) + 31
5206
5207      CALL get_julgmt ( date_str , target_julyr , target_julday , gmt )
5208      target_date = target_julyr * 1000 + target_julday
5209      find_month : DO l = 0 , 12
5210         IF ( ( middle(l) .LT. target_date ) .AND. ( middle(l+1) .GE. target_date ) ) THEN
5211            DO j = jts , MIN ( jde-1 , jte )
5212               DO i = its , MIN (ide-1 , ite )
5213                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5214                  int_month = l
5215                  IF ( ( int_month .EQ. 0 ) .OR. ( int_month .EQ. 12 ) ) THEN
5216                     month1 = 12
5217                     month2 =  1
5218                  ELSE
5219                     month1 = int_month
5220                     month2 = month1 + 1
5221                  END IF
5222                  field_out(i,j) =  ( field_in(i,month2,j) * ( target_date - middle(l)   ) + &
5223                                      field_in(i,month1,j) * ( middle(l+1) - target_date ) ) / &
5224                                    ( middle(l+1) - middle(l) )
5225               END DO
5226            END DO
5227            EXIT find_month
5228         END IF
5229      END DO find_month
5230
5231   END SUBROUTINE monthly_interp_to_date
5232
5233!---------------------------------------------------------------------
5234
5235   SUBROUTINE sfcprs (t, q, height, pslv, ter, avgsfct, p, &
5236                      psfc, ez_method, &
5237                      ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5238                      ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5239                      its , ite , jts , jte , kts , kte )
5240
5241
5242      !  Computes the surface pressure using the input height,
5243      !  temperature and q (already computed from relative
5244      !  humidity) on p surfaces.  Sea level pressure is used
5245      !  to extrapolate a first guess.
5246
5247      IMPLICIT NONE
5248
5249      REAL, PARAMETER    :: gamma     = 6.5E-3
5250      REAL, PARAMETER    :: pconst    = 10000.0
5251      REAL, PARAMETER    :: Rd        = r_d
5252      REAL, PARAMETER    :: TC        = svpt0 + 17.5
5253
5254      REAL, PARAMETER    :: gammarg   = gamma * Rd / g
5255      REAL, PARAMETER    :: rov2      = Rd / 2.
5256
5257      INTEGER , INTENT(IN) ::  ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5258                               ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5259                               its , ite , jts , jte , kts , kte
5260      LOGICAL , INTENT ( IN ) :: ez_method
5261
5262      REAL , DIMENSION (ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(IN ):: t, q, height, p
5263      REAL , DIMENSION (ims:ime,        jms:jme) , INTENT(IN ):: pslv ,  ter, avgsfct
5264      REAL , DIMENSION (ims:ime,        jms:jme) , INTENT(OUT):: psfc
5265
5266      INTEGER                     :: i
5267      INTEGER                     :: j
5268      INTEGER                     :: k
5269      INTEGER , DIMENSION (its:ite,jts:jte) :: k500 , k700 , k850
5270
5271      LOGICAL                     :: l1
5272      LOGICAL                     :: l2
5273      LOGICAL                     :: l3
5274      LOGICAL                     :: OK
5275
5276      REAL                        :: gamma78     ( its:ite,jts:jte )
5277      REAL                        :: gamma57     ( its:ite,jts:jte )
5278      REAL                        :: ht          ( its:ite,jts:jte )
5279      REAL                        :: p1          ( its:ite,jts:jte )
5280      REAL                        :: t1          ( its:ite,jts:jte )
5281      REAL                        :: t500        ( its:ite,jts:jte )
5282      REAL                        :: t700        ( its:ite,jts:jte )
5283      REAL                        :: t850        ( its:ite,jts:jte )
5284      REAL                        :: tfixed      ( its:ite,jts:jte )
5285      REAL                        :: tsfc        ( its:ite,jts:jte )
5286      REAL                        :: tslv        ( its:ite,jts:jte )
5287
5288      !  We either compute the surface pressure from a time averaged surface temperature
5289      !  (what we will call the "easy way"), or we try to remove the diurnal impact on the
5290      !  surface temperature (what we will call the "other way").  Both are essentially
5291      !  corrections to a sea level pressure with a high-resolution topography field.
5292
5293      IF ( ez_method ) THEN
5294
5295         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5296            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5297               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5298               psfc(i,j) = pslv(i,j) * ( 1.0 + gamma * ter(i,j) / avgsfct(i,j) ) ** ( - g / ( Rd * gamma ) )
5299            END DO
5300         END DO
5301
5302      ELSE
5303
5304         !  Find the locations of the 850, 700 and 500 mb levels.
5305
5306         k850 = 0                              ! find k at: P=850
5307         k700 = 0                              !            P=700
5308         k500 = 0                              !            P=500
5309
5310         i = its
5311         j = jts
5312         DO k = kts+1 , kte
5313            IF      (NINT(p(i,k,j)) .EQ. 85000) THEN
5314               k850(i,j) = k
5315            ELSE IF (NINT(p(i,k,j)) .EQ. 70000) THEN
5316               k700(i,j) = k
5317            ELSE IF (NINT(p(i,k,j)) .EQ. 50000) THEN
5318               k500(i,j) = k
5319            END IF
5320         END DO
5321
5322         IF ( ( k850(i,j) .EQ. 0 ) .OR. ( k700(i,j) .EQ. 0 ) .OR. ( k500(i,j) .EQ. 0 ) ) THEN
5323
5324            DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5325               DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5326                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5327                  psfc(i,j) = pslv(i,j) * ( 1.0 + gamma * ter(i,j) / t(i,1,j) ) ** ( - g / ( Rd * gamma ) )
5328               END DO
5329            END DO
5330
5331            RETURN
5332#if 0
5333
5334            !  Possibly it is just that we have a generalized vertical coord, so we do not
5335            !  have the values exactly.  Do a simple assignment to a close vertical level.
5336
5337            DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5338               DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5339                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5340                  DO k = kts+1 , kte-1
5341                     IF ( ( p(i,k,j) - 85000. )  * ( p(i,k+1,j) - 85000. ) .LE. 0.0 ) THEN
5342                        k850(i,j) = k
5343                     END IF
5344                     IF ( ( p(i,k,j) - 70000. )  * ( p(i,k+1,j) - 70000. ) .LE. 0.0 ) THEN
5345                        k700(i,j) = k
5346                     END IF
5347                     IF ( ( p(i,k,j) - 50000. )  * ( p(i,k+1,j) - 50000. ) .LE. 0.0 ) THEN
5348                        k500(i,j) = k
5349                     END IF
5350                  END DO
5351               END DO
5352            END DO
5353
5354            !  If we *still* do not have the k levels, punt.  I mean, we did try.
5355
5356            OK = .TRUE.
5357            DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5358               DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5359                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5360                  IF ( ( k850(i,j) .EQ. 0 ) .OR. ( k700(i,j) .EQ. 0 ) .OR. ( k500(i,j) .EQ. 0 ) ) THEN
5361                     OK = .FALSE.
5362                     PRINT '(A)','(i,j) = ',i,j,'  Error in finding p level for 850, 700 or 500 hPa.'
5363                     DO K = kts+1 , kte
5364                        PRINT '(A,I3,A,F10.2,A)','K = ',k,'  PRESSURE = ',p(i,k,j),' Pa'
5365                     END DO
5366                     PRINT '(A)','Expected 850, 700, and 500 mb values, at least.'
5367                  END IF
5368               END DO
5369            END DO
5370            IF ( .NOT. OK ) THEN
5371               CALL wrf_error_fatal ( 'wrong pressure levels' )
5372            END IF
5373#endif
5374
5375         !  We are here if the data is isobaric and we found the levels for 850, 700,
5376         !  and 500 mb right off the bat.
5377
5378         ELSE
5379            DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5380               DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5381                  IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5382                  k850(i,j) = k850(its,jts)
5383                  k700(i,j) = k700(its,jts)
5384                  k500(i,j) = k500(its,jts)
5385               END DO
5386            END DO
5387         END IF
5388
5389         !  The 850 hPa level of geopotential height is called something special.
5390
5391         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5392            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5393               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5394               ht(i,j) = height(i,k850(i,j),j)
5395            END DO
5396         END DO
5397
5398         !  The variable ht is now -ter/ht(850 hPa).  The plot thickens.
5399
5400         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5401            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5402               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5403               ht(i,j) = -ter(i,j) / ht(i,j)
5404            END DO
5405         END DO
5406
5407         !  Make an isothermal assumption to get a first guess at the surface
5408         !  pressure.  This is to tell us which levels to use for the lapse
5409         !  rates in a bit.
5410
5411         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5412            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5413               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5414               psfc(i,j) = pslv(i,j) * (pslv(i,j) / p(i,k850(i,j),j)) ** ht(i,j)
5415            END DO
5416         END DO
5417
5418         !  Get a pressure more than pconst Pa above the surface - p1.  The
5419         !  p1 is the top of the level that we will use for our lapse rate
5420         !  computations.
5421
5422         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5423            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5424               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5425               IF      ( ( psfc(i,j) - 95000. ) .GE. 0. ) THEN
5426                  p1(i,j) = 85000.
5427               ELSE IF ( ( psfc(i,j) - 70000. ) .GE. 0. ) THEN
5428                  p1(i,j) = psfc(i,j) - pconst
5429               ELSE
5430                  p1(i,j) = 50000.
5431               END IF
5432            END DO
5433         END DO
5434
5435         !  Compute virtual temperatures for k850, k700, and k500 layers.  Now
5436         !  you see why we wanted Q on pressure levels, it all is beginning
5437         !  to make sense.
5438
5439         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5440            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5441               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5442               t850(i,j) = t(i,k850(i,j),j) * (1. + 0.608 * q(i,k850(i,j),j))
5443               t700(i,j) = t(i,k700(i,j),j) * (1. + 0.608 * q(i,k700(i,j),j))
5444               t500(i,j) = t(i,k500(i,j),j) * (1. + 0.608 * q(i,k500(i,j),j))
5445            END DO
5446         END DO
5447
5448         !  Compute lapse rates between these three levels.  These are
5449         !  environmental values for each (i,j).
5450
5451         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5452            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5453               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5454               gamma78(i,j) = ALOG(t850(i,j) / t700(i,j))  / ALOG (p(i,k850(i,j),j) / p(i,k700(i,j),j) )
5455               gamma57(i,j) = ALOG(t700(i,j) / t500(i,j))  / ALOG (p(i,k700(i,j),j) / p(i,k500(i,j),j) )
5456            END DO
5457         END DO
5458
5459         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5460            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5461               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5462               IF      ( ( psfc(i,j) - 95000. ) .GE. 0. ) THEN
5463                  t1(i,j) = t850(i,j)
5464               ELSE IF ( ( psfc(i,j) - 85000. ) .GE. 0. ) THEN
5465                  t1(i,j) = t700(i,j) * (p1(i,j) / (p(i,k700(i,j),j))) ** gamma78(i,j)
5466               ELSE IF ( ( psfc(i,j) - 70000. ) .GE. 0.) THEN
5467                  t1(i,j) = t500(i,j) * (p1(i,j) / (p(i,k500(i,j),j))) ** gamma57(i,j)
5468               ELSE
5469                  t1(i,j) = t500(i,j)
5470               ENDIF
5471            END DO
5472         END DO
5473
5474         !  From our temperature way up in the air, we extrapolate down to
5475         !  the sea level to get a guess at the sea level temperature.
5476
5477         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5478            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5479               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5480               tslv(i,j) = t1(i,j) * (pslv(i,j) / p1(i,j)) ** gammarg
5481            END DO
5482         END DO
5483
5484         !  The new surface temperature is computed from the with new sea level
5485         !  temperature, just using the elevation and a lapse rate.  This lapse
5486         !  rate is -6.5 K/km.
5487
5488         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5489            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5490               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5491               tsfc(i,j) = tslv(i,j) - gamma * ter(i,j)
5492            END DO
5493         END DO
5494
5495         !  A small correction to the sea-level temperature, in case it is too warm.
5496
5497         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5498            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5499               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5500               tfixed(i,j) = tc - 0.005 * (tsfc(i,j) - tc) ** 2
5501            END DO
5502         END DO
5503
5504         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5505            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5506               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5507               l1 = tslv(i,j) .LT. tc
5508               l2 = tsfc(i,j) .LE. tc
5509               l3 = .NOT. l1
5510               IF      ( l2 .AND. l3 ) THEN
5511                  tslv(i,j) = tc
5512               ELSE IF ( ( .NOT. l2 ) .AND. l3 ) THEN
5513                  tslv(i,j) = tfixed(i,j)
5514               END IF
5515            END DO
5516         END DO
5517
5518         !  Finally, we can get to the surface pressure.
5519
5520         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5521            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5522            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5523            p1(i,j) = - ter(i,j) * g / ( rov2 * ( tsfc(i,j) + tslv(i,j) ) )
5524            psfc(i,j) = pslv(i,j) * EXP ( p1(i,j) )
5525            END DO
5526         END DO
5527
5528      END IF
5529
5530      !  Surface pressure and sea-level pressure are the same at sea level.
5531
5532!     DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5533!        DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5534!           IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5535!           IF ( ABS ( ter(i,j) )  .LT. 0.1 ) THEN
5536!              psfc(i,j) = pslv(i,j)
5537!           END IF
5538!        END DO
5539!     END DO
5540
5541   END SUBROUTINE sfcprs
5542
5543!---------------------------------------------------------------------
5544
5545   SUBROUTINE sfcprs2(t, q, height, psfc_in, ter, avgsfct, p, &
5546                      psfc, ez_method, &
5547                      ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5548                      ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5549                      its , ite , jts , jte , kts , kte )
5550
5551
5552      !  Computes the surface pressure using the input height,
5553      !  temperature and q (already computed from relative
5554      !  humidity) on p surfaces.  Sea level pressure is used
5555      !  to extrapolate a first guess.
5556
5557      IMPLICIT NONE
5558
5559      REAL, PARAMETER    :: Rd        = r_d
5560
5561      INTEGER , INTENT(IN) ::  ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5562                               ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5563                               its , ite , jts , jte , kts , kte
5564      LOGICAL , INTENT ( IN ) :: ez_method
5565
5566      REAL , DIMENSION (ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(IN ):: t, q, height, p
5567      REAL , DIMENSION (ims:ime,        jms:jme) , INTENT(IN ):: psfc_in ,  ter, avgsfct
5568      REAL , DIMENSION (ims:ime,        jms:jme) , INTENT(OUT):: psfc
5569
5570      INTEGER                     :: i
5571      INTEGER                     :: j
5572      INTEGER                     :: k
5573
5574      REAL :: tv_sfc_avg , tv_sfc , del_z
5575
5576      !  Compute the new surface pressure from the old surface pressure, and a
5577      !  known change in elevation at the surface.
5578
5579      !  del_z = diff in surface topo, lo-res vs hi-res
5580      !  psfc = psfc_in * exp ( g del_z / (Rd Tv_sfc ) )
5581
5582
5583      IF ( ez_method ) THEN
5584         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5585            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5586               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5587               tv_sfc_avg = avgsfct(i,j) * (1. + 0.608 * q(i,1,j))
5588               del_z = height(i,1,j) - ter(i,j)
5589               psfc(i,j) = psfc_in(i,j) * EXP ( g * del_z / ( Rd * tv_sfc_avg ) )
5590            END DO
5591         END DO
5592      ELSE
5593         DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5594            DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5595               IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5596               tv_sfc = t(i,1,j) * (1. + 0.608 * q(i,1,j))
5597               del_z = height(i,1,j) - ter(i,j)
5598               psfc(i,j) = psfc_in(i,j) * EXP ( g * del_z / ( Rd * tv_sfc     ) )
5599            END DO
5600         END DO
5601      END IF
5602
5603   END SUBROUTINE sfcprs2
5604
5605!---------------------------------------------------------------------
5606
5607   SUBROUTINE sfcprs3( height , p , ter , slp , psfc , &
5608                       ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5609                       ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5610                       its , ite , jts , jte , kts , kte )
5611
5612      !  Computes the surface pressure by vertically interpolating
5613      !  linearly (or log) in z the pressure, to the targeted topography.
5614
5615      IMPLICIT NONE
5616
5617      INTEGER , INTENT(IN) ::  ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5618                               ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5619                               its , ite , jts , jte , kts , kte
5620
5621      REAL , DIMENSION (ims:ime,kms:kme,jms:jme) , INTENT(IN ):: height, p
5622      REAL , DIMENSION (ims:ime,        jms:jme) , INTENT(IN ):: ter , slp
5623      REAL , DIMENSION (ims:ime,        jms:jme) , INTENT(OUT):: psfc
5624
5625      INTEGER                     :: i
5626      INTEGER                     :: j
5627      INTEGER                     :: k
5628
5629      LOGICAL                     :: found_loc
5630
5631      REAL :: zl , zu , pl , pu , zm
5632
5633      !  Loop over each grid point
5634
5635      DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5636         DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5637            IF ( skip_middle_points_t ( ids , ide , jds , jde , i , j , em_width , hold_ups ) ) CYCLE
5638
5639            !  Special case where near the ocean level.  Assume that the SLP is a good value.
5640
5641            IF      ( ter(i,j) .LT. 50 ) THEN
5642               psfc(i,j) = slp(i,j) + ( p(i,2,j)-p(i,3,j) ) / ( height(i,2,j)-height(i,3,j) ) * ter(i,j)
5643               CYCLE
5644            END IF
5645
5646            !  Find the trapping levels
5647
5648            found_loc = .FALSE.
5649
5650            !  Normal sort of scenario - the model topography is somewhere between
5651            !  the height values of 1000 mb and the top of the model.
5652
5653            found_k_loc : DO k = kts+1 , kte-2
5654               IF ( ( height(i,k  ,j) .LE. ter(i,j) ) .AND. &
5655                    ( height(i,k+1,j) .GT. ter(i,j) ) ) THEN
5656                  zl = height(i,k  ,j)
5657                  zu = height(i,k+1,j)
5658                  zm = ter(i,j)
5659                  pl = p(i,k  ,j)
5660                  pu = p(i,k+1,j)
5661                  psfc(i,j) = EXP ( ( LOG(pl) * ( zm - zu ) + LOG(pu) * ( zl - zm ) ) / ( zl - zu ) )
5662                  found_loc = .TRUE.
5663                  EXIT found_k_loc
5664               END IF
5665            END DO found_k_loc
5666
5667            !  Interpolate betwixt slp and the first isobaric level above - this is probably the
5668            !  usual thing over the ocean.
5669
5670            IF ( .NOT. found_loc ) THEN
5671               IF ( slp(i,j) .GE. p(i,2,j) ) THEN
5672                  zl = 0.
5673                  zu = height(i,3,j)
5674                  zm = ter(i,j)
5675                  pl = slp(i,j)
5676                  pu = p(i,3,j)
5677                  psfc(i,j) = EXP ( ( LOG(pl) * ( zm - zu ) + LOG(pu) * ( zl - zm ) ) / ( zl - zu ) )
5678                  found_loc = .TRUE.
5679               ELSE
5680                  found_slp_loc : DO k = kts+1 , kte-3
5681                     IF ( ( slp(i,j) .GE. p(i,k+1,j) ) .AND. &
5682                          ( slp(i,j) .LT. p(i,k  ,j) ) ) THEN
5683                        zl = 0.
5684                        zu = height(i,k+1,j)
5685                        zm = ter(i,j)
5686                        pl = slp(i,j)
5687                        pu = p(i,k+1,j)
5688                        psfc(i,j) = EXP ( ( LOG(pl) * ( zm - zu ) + LOG(pu) * ( zl - zm ) ) / ( zl - zu ) )
5689                        found_loc = .TRUE.
5690                        EXIT found_slp_loc
5691                     END IF
5692                  END DO found_slp_loc
5693               END IF
5694            END IF
5695
5696            !  Did we do what we wanted done.
5697
5698            IF ( .NOT. found_loc ) THEN
5699               print *,'i,j = ',i,j
5700               print *,'p column = ',p(i,2:,j)
5701               print *,'z column = ',height(i,2:,j)
5702               print *,'model topo = ',ter(i,j)
5703               CALL wrf_error_fatal ( ' probs with sfc p computation ' )
5704            END IF
5705
5706         END DO
5707      END DO
5708
5709   END SUBROUTINE sfcprs3
5710!---------------------------------------------------------------------
5711
5712   SUBROUTINE filter_topo ( ht_in , xlat , msftx , fft_filter_lat , &
5713                            ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5714                            ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5715                            its , ite , jts , jte , kts , kte )
5716
5717      IMPLICIT NONE
5718
5719      INTEGER , INTENT(IN) ::  ids , ide , jds , jde , kds , kde , &
5720                               ims , ime , jms , jme , kms , kme , &
5721                               its , ite , jts , jte , kts , kte
5722
5723      REAL , INTENT(IN) :: fft_filter_lat
5724      REAL , DIMENSION(ims:ime,jms:jme) , INTENT(INOUT) :: ht_in
5725      REAL , DIMENSION(ims:ime,jms:jme) , INTENT(IN) :: xlat , msftx
5726
5727
5728      !  Local vars
5729
5730      INTEGER :: i , j , j_lat_pos , j_lat_neg
5731      INTEGER :: i_kicker , ik , i1, i2, i3, i4
5732      REAL :: length_scale , sum
5733      REAL , DIMENSION(its:ite,jts:jte) :: ht_out
5734
5735      !  The filtering is a simple average on a latitude loop.  Possibly a LONG list of
5736      !  numbers.  We assume that ALL of the 2d arrays have been transposed so that
5737      !  each patch has the entire domain size of the i-dim local.
5738
5739      IF ( ( its .NE. ids ) .OR. ( ite .NE. ide ) ) THEN
5740         CALL wrf_error_fatal ( 'filtering assumes all values on X' )
5741      END IF
5742
5743      !  Starting at the south pole, we find where the
5744      !  grid distance is big enough, then go back a point.  Continuing to the
5745      !  north pole, we find the first small grid distance.  These are the
5746      !  computational latitude loops and the associated computational poles.
5747
5748      j_lat_neg = 0
5749      j_lat_pos = jde + 1
5750      loop_neg : DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5751         IF ( xlat(its,j) .LT. 0.0 ) THEN
5752            IF ( ABS(xlat(its,j)) .LT. fft_filter_lat ) THEN
5753               j_lat_neg = j - 1
5754               EXIT loop_neg
5755            END IF
5756         END IF
5757      END DO loop_neg
5758
5759      loop_pos : DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5760         IF ( xlat(its,j) .GT. 0.0 ) THEN
5761            IF ( xlat(its,j) .GE. fft_filter_lat ) THEN
5762               j_lat_pos = j
5763               EXIT loop_pos
5764            END IF
5765         END IF
5766      END DO loop_pos
5767
5768      !  Set output values to initial input topo values for whole patch.
5769
5770      DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5771         DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5772            ht_out(i,j) = ht_in(i,j)
5773         END DO
5774      END DO
5775
5776      !  Filter the topo at the negative lats.
5777
5778      DO j = j_lat_neg , jts , -1
5779         i_kicker = MIN( MAX ( NINT(msftx(its,j)) , 1 ) , (ide - ids) / 2 )
5780         print *,'j = ' , j, ', kicker = ',i_kicker
5781         DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5782            IF      ( ( i - i_kicker .GE. its ) .AND. ( i + i_kicker .LE. ide-1 ) ) THEN
5783               sum = 0.0
5784               DO ik = 1 , i_kicker
5785                  sum = sum + ht_in(i+ik,j) + ht_in(i-ik,j)
5786               END DO
5787               ht_out(i,j) = ( ht_in(i,j) + sum ) / REAL ( 2 * i_kicker + 1 )
5788            ELSE IF ( ( i - i_kicker .LT. its ) .AND. ( i + i_kicker .LE. ide-1 ) ) THEN
5789               sum = 0.0
5790               DO ik = 1 , i_kicker
5791                  sum = sum + ht_in(i+ik,j)
5792               END DO
5793               i1 = i - i_kicker + ide -1
5794               i2 = ide-1
5795               i3 = ids
5796               i4 = i-1
5797               DO ik = i1 , i2
5798                  sum = sum + ht_in(ik,j)
5799               END DO
5800               DO ik = i3 , i4
5801                  sum = sum + ht_in(ik,j)
5802               END DO
5803               ht_out(i,j) = ( ht_in(i,j) + sum ) / REAL ( 2 * i_kicker + 1 )
5804            ELSE IF ( ( i - i_kicker .GE. its ) .AND. ( i + i_kicker .GT. ide-1 ) ) THEN
5805               sum = 0.0
5806               DO ik = 1 , i_kicker
5807                  sum = sum + ht_in(i-ik,j)
5808               END DO
5809               i1 = i+1
5810               i2 = ide-1
5811               i3 = ids
5812               i4 = ids + ( i_kicker+i ) - ide
5813               DO ik = i1 , i2
5814                  sum = sum + ht_in(ik,j)
5815               END DO
5816               DO ik = i3 , i4
5817                  sum = sum + ht_in(ik,j)
5818               END DO
5819               ht_out(i,j) = ( ht_in(i,j) + sum ) / REAL ( 2 * i_kicker + 1 )
5820            END IF
5821         END DO
5822      END DO
5823
5824      !  Filter the topo at the positive lats.
5825
5826      DO j = j_lat_pos , MIN(jde-1,jte)
5827         i_kicker = MIN( MAX ( NINT(msftx(its,j)) , 1 ) , (ide - ids) / 2 )
5828         print *,'j = ' , j, ', kicker = ',i_kicker
5829         DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5830            IF      ( ( i - i_kicker .GE. its ) .AND. ( i + i_kicker .LE. ide-1 ) ) THEN
5831               sum = 0.0
5832               DO ik = 1 , i_kicker
5833                  sum = sum + ht_in(i+ik,j) + ht_in(i-ik,j)
5834               END DO
5835               ht_out(i,j) = ( ht_in(i,j) + sum ) / REAL ( 2 * i_kicker + 1 )
5836            ELSE IF ( ( i - i_kicker .LT. its ) .AND. ( i + i_kicker .LE. ide-1 ) ) THEN
5837               sum = 0.0
5838               DO ik = 1 , i_kicker
5839                  sum = sum + ht_in(i+ik,j)
5840               END DO
5841               i1 = i - i_kicker + ide -1
5842               i2 = ide-1
5843               i3 = ids
5844               i4 = i-1
5845               DO ik = i1 , i2
5846                  sum = sum + ht_in(ik,j)
5847               END DO
5848               DO ik = i3 , i4
5849                  sum = sum + ht_in(ik,j)
5850               END DO
5851               ht_out(i,j) = ( ht_in(i,j) + sum ) / REAL ( 2 * i_kicker + 1 )
5852            ELSE IF ( ( i - i_kicker .GE. its ) .AND. ( i + i_kicker .GT. ide-1 ) ) THEN
5853               sum = 0.0
5854               DO ik = 1 , i_kicker
5855                  sum = sum + ht_in(i-ik,j)
5856               END DO
5857               i1 = i+1
5858               i2 = ide-1
5859               i3 = ids
5860               i4 = ids + ( i_kicker+i ) - ide
5861               DO ik = i1 , i2
5862                  sum = sum + ht_in(ik,j)
5863               END DO
5864               DO ik = i3 , i4
5865                  sum = sum + ht_in(ik,j)
5866               END DO
5867               ht_out(i,j) = ( ht_in(i,j) + sum ) / REAL ( 2 * i_kicker + 1 )
5868            END IF
5869         END DO
5870      END DO
5871
5872      !  Set output values to initial input topo values for whole patch.
5873
5874      DO j = jts , MIN(jde-1,jte)
5875         DO i = its , MIN(ide-1,ite)
5876            ht_in(i,j) = ht_out(i,j)
5877         END DO
5878      END DO
5879
5880   END SUBROUTINE filter_topo
5881
5882!---------------------------------------------------------------------
5883
5884   SUBROUTINE init_module_initialize
5885   END SUBROUTINE init_module_initialize
5886
5887!---------------------------------------------------------------------
5888
5889END MODULE module_initialize_real
5890#endif
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.