<p><b>laura@ucar.edu</b> 2010-10-07 12:50:32 -0600 (Thu, 07 Oct 2010)</p><p>reconciled with module_time_integration.F from /branches/atmos_nonhydrostatic version 520, except for stuff related to the reorganized registry, and stuff related to physics<br>
</p><hr noshade><pre><font color="gray">Modified: branches/atmos_physics/src/core_nhyd_atmos/module_test_cases.F
===================================================================
--- branches/atmos_physics/src/core_nhyd_atmos/module_test_cases.F        2010-10-07 18:48:01 UTC (rev 523)
+++ branches/atmos_physics/src/core_nhyd_atmos/module_test_cases.F        2010-10-07 18:50:32 UTC (rev 524)
@@ -4,6 +4,7 @@
    use configure
    use constants
    use dmpar
+   use advection
 
 
    contains
@@ -46,9 +47,11 @@
             block_ptr =&gt; block_ptr % next
          end do
 
-      else if (config_test_case == 4 ) then
+      else if ((config_test_case == 4) .or. (config_test_case ==5)) then
 
          write(0,*) ' squall line - super cell test case '
+         if (config_test_case == 4) write(0,*) ' squall line test case' 
+         if (config_test_case == 5) write(0,*) ' supercell test case'
          block_ptr =&gt; domain % blocklist
          do while (associated(block_ptr))
             write(0,*) ' calling test case setup '
@@ -61,9 +64,25 @@
             block_ptr =&gt; block_ptr % next
          end do
 
+      else if (config_test_case == 6 ) then
+
+         write(0,*) ' mountain wave test case '
+         block_ptr =&gt; domain % blocklist
+         do while (associated(block_ptr))
+            write(0,*) ' calling test case setup '
+            call nhyd_test_case_mtn_wave(block_ptr % mesh, block_ptr % time_levs(1) % state, config_test_case)
+            write(0,*) ' returned from test case setup '
+            do i=2,nTimeLevs
+               call copy_state(block_ptr % time_levs(1) % state, block_ptr % time_levs(i) % state)
+            end do
+
+            block_ptr =&gt; block_ptr % next
+         end do
+
       else
 
-         write(0,*) ' Only test case 1, 2, 3 and 4 are currently supported for nonhydrostatic core '
+
+         write(0,*) ' Only test case 1, 2, 3, 4, 5 and 6 are currently supported for nonhydrostatic core '
          stop
       end if
 
@@ -89,20 +108,25 @@
       real (kind=RKIND), parameter :: u_perturbation = 1., pert_radius = 0.1, latitude_pert = 40., longitude_pert = 20.
       real (kind=RKIND), parameter :: theta_c = pii/4.0
       real (kind=RKIND), parameter :: lambda_c = 3.0*pii/2.0
-      real (kind=RKIND), parameter :: rh_max = 0.4       ! Maximum relative humidity
+!     real (kind=RKIND), parameter :: rh_max = 0.4       ! Maximum relative humidity
+      real (kind=RKIND), parameter :: rh_max = 0.65      ! Maximum relative humidity
       real (kind=RKIND), parameter :: k_x = 9.           ! Normal mode wave number
 
       real (kind=RKIND), dimension(:), pointer :: rdzw, dzu, rdzu, fzm, fzp
       real (kind=RKIND), dimension(:,:), pointer :: zgrid, zx, zz, hx
       real (kind=RKIND), dimension(:,:), pointer :: pressure, ppb, pb, rho, rb, rr, tb, rtb, p, pp, dss, t, rt
+      real (kind=RKIND), dimension(:,:,:), pointer :: zf, zf3, zb, zb3
+      real (kind=RKIND), dimension(:,:), pointer :: rh
       real (kind=RKIND), dimension(:,:,:), pointer :: scalars
+      real (kind=RKIND), dimension(:,:,:), pointer :: deriv_two
 
-      integer :: iCell, iCell1, iCell2 , iEdge, vtx1, vtx2, ivtx, i, k, nz, nz1, itr, itrp
+      integer :: iCell, iCell1, iCell2 , iEdge, vtx1, vtx2, ivtx, i, k, nz, nz1, itr, itrp, cell1, cell2, nCellsSolve
 
       !This is temporary variable here. It just need when calculate tangential velocity v.
       integer :: eoe, j
       integer, dimension(:), pointer :: nEdgesOnEdge 
-      integer, dimension(:,:), pointer :: edgesOnEdge
+      integer, dimension(:,:), pointer :: edgesOnEdge, CellsOnEdge
+      real, dimension(:), pointer :: dvEdge, AreaCell 
       real, dimension(:,:), pointer :: weightsOnEdge
 
       real (kind=RKIND) :: u, v, flux, fluxk, lat1, lat2, eta_v, r_pert, u_pert, lat_pert, lon_pert, r
@@ -133,6 +157,7 @@
       real (kind=RKIND), dimension(nlat, grid % nVertLevels) :: u_2d, etavs_2d
       real (kind=RKIND), dimension(nlat) :: lat_2d
       real (kind=RKIND) :: dlat
+      real (kind=RKIND) :: z_edge, z_edge3, d2fdx2_cell1, d2fdx2_cell2
 
       !
       ! Scale all distances and areas from a unit sphere to one with radius a
@@ -155,9 +180,19 @@
       weightsOnEdge     =&gt; grid % weightsOnEdge % array
       nEdgesOnEdge      =&gt; grid % nEdgesOnEdge % array
       edgesOnEdge       =&gt; grid % edgesOnEdge % array
+      dvEdge            =&gt; grid % dvEdge % array
+      AreaCell          =&gt; grid % AreaCell % array
+      CellsOnEdge       =&gt; grid % CellsOnEdge % array
+
+      deriv_two  =&gt; grid % deriv_two % array
+      zf  =&gt; grid % zf % array
+      zf3 =&gt; grid % zf3% array
+      zb  =&gt; grid % zb % array
+      zb3 =&gt; grid % zb3% array
       
       nz1 = grid % nVertLevels
       nz = nz1 + 1
+      nCellsSolve = grid % nCellsSolve
 
       zgrid =&gt; grid % zgrid % array
       rdzw =&gt; grid % rdzw % array
@@ -183,9 +218,14 @@
       rr =&gt; state % rho_p % array
       t =&gt; state % theta % array      
       rt =&gt; grid % rtheta_p % array
+      rh =&gt; state % rh   % array
 
       scalars =&gt; state % scalars % array
 
+      call initialize_advection_rk(grid) 
+      call initialize_deformation_weights(grid) 
+
+      rh(:,:) = 0.
       scalars(:,:,:) = 0.
 
       xnutr = 0.
@@ -457,14 +497,14 @@
           enddo
         end if
 
+      201 format(3i6,8(1x,e15.8))
+      202 format(2i6,10(1x,e15.8))
 #ifdef DO_PHYSICS
-!
 !...  initialization for moisture (following initialization in hydrostatic core):
 !     note that the initial profile of relative humidity is different from that
 !     in the hydrostatic core since the grid is different.
-
-        201 format(3i6,8(1x,e15.8))
-        202 format(2i6,8(1x,e15.8))
+!       write(0,*)
+!       write(0,*) 'RELATIVE HUMIDITY:'
         do k = 1, nz1
            ztemp = .5*(zgrid(k+1,i)+zgrid(k,i))
            if(ztemp .gt. 5000.) then
@@ -475,7 +515,10 @@
               rel_hum(k,i) = (1.-0.75*(ztemp/zt)**1.25)
            endif
            rel_hum(k,i) = min(rh_max,rel_hum(k,i))
+!          if(ztemp .lt. 0.0) write(0,202) i,k,ztemp,rel_hum(k,i)
         enddo
+#else
+        rel_hum(:,i) = 0.0
 #endif
 !
 !     iterations to converge temperature as a function of pressure
@@ -507,10 +550,8 @@
             ztemp   = .5*(zgrid(k,i)+zgrid(k+1,i))
             ptemp   = ppb(k,i) + pp(k,i)
 !            qv(k,i) = env_qv( ztemp, tt(k), ptemp, 0 )
-            qv(k,i) = 0.
 
 #ifdef DO_PHYSICS
-!
 !...  computes the water vapor mixing ratio (following initialization in hydrostatic core):
 !     note that the initial profile of water vapor is different from that in the hydrostatic
 !     core since temperature and relative humidity are different.
@@ -520,11 +561,14 @@
                 es  = 1000.*0.6112*exp(21.8745584*(tt(k)-273.16)/(tt(k)-7.66))
             end if
             qvs = (287.04/461.6)*es/(ptemp-es)
-            scalars(index_qv,k,i) = rel_hum(k,i)*qvs
-!           write(6,201) itr,i,k,ztemp,zgrid(k,i),zgrid(k+1,i),ptemp,tt(k),qvs,rel_hum(k,i),scalars(index_qv,k,i)
+            rh(k,i) = rel_hum(k,i)
+            qv(k,i) = amin1(0.014,rel_hum(k,i)*qvs)
+            scalars(index_qv,k,i) = amin1(0.014,rel_hum(k,i)*qvs)
+#else
+            qv(k,i) = 0.
+            scalars(index_qv,k,i) = 0.
 #endif
           end do
-
 !          do k=2,nz1
 !            cqw(k,i) = 1./(1.+.5*(qv(k,i)+qv(k-1,i)))
 !          end do
@@ -557,6 +601,7 @@
         do k=1,nz1        
           p (k,i) = ((ppb(k,i)+pp(k,i))/p0)**(rgas/cp)
           t (k,i) = tt(k)/p(k,i)
+!         t (k,i) = tt(k)*(1.+1.61*scalars(index_qv,k,i))/p(k,i)
           rt (k,i) = t(k,i)*rr(k,i)+rb(k,i)*(t(k,i)-tb(k,i))
           rho (k,i) = rb(k,i) + rr(k,i)
         end do
@@ -615,6 +660,14 @@
            state % u % array(k,iEdge) = fluxk + u_pert
          end do
 
+         cell1 = grid % CellsOnEdge % array(1,i)
+         cell2 = grid % CellsOnEdge % array(2,i)
+         if(cell1 &lt;= nCellsSolve .or. cell2 &lt;= nCellsSolve) then
+           do k=1,nz1
+             grid % ru % array (k,iEdge)  = 0.5*(rho(k,cell1)+rho(k,cell2))*state % u % array (k,iEdge)
+           end do
+         end if
+
       !
       ! Generate rotated Coriolis field
       !
@@ -635,12 +688,89 @@
       !
       !  CALCULATION OF OMEGA, RW = ZX * RU + ZZ * RW
       !
-      !  we are assuming w and rw are zero for this initialization
-      !  i.e., no terrain
+
       !
+      !     pre-calculation z-metric terms in omega eqn.
+      !
+      do iEdge = 1,grid % nEdges
+         cell1 = CellsOnEdge(1,iEdge)
+         cell2 = CellsOnEdge(2,iEdge)
+         if (cell1 &lt;= nCellsSolve .or. cell2 &lt;= nCellsSolve ) then
+
+            do k = 1, grid%nVertLevels
+
+               if (config_theta_adv_order == 2) then
+
+                  z_edge = (zgrid(k,cell1)+zgrid(k,cell2))/2.
+
+               else if (config_theta_adv_order == 3 .or. config_theta_adv_order ==4) then !theta_adv_order == 3 or 4 
+
+                  d2fdx2_cell1 = deriv_two(1,1,iEdge) * zgrid(k,cell1)
+                  d2fdx2_cell2 = deriv_two(1,2,iEdge) * zgrid(k,cell2)
+                  do i=1, grid % nEdgesOnCell % array (cell1)
+                     if ( grid % CellsOnCell % array (i,cell1) &gt; 0)       &amp;
+                     d2fdx2_cell1 = d2fdx2_cell1 + deriv_two(i+1,1,iEdge) * zgrid(k,grid % CellsOnCell % array (i,cell1))
+                  end do
+                  do i=1, grid % nEdgesOnCell % array (cell2)
+                     if ( grid % CellsOnCell % array (i,cell2) &gt; 0)       &amp;
+                     d2fdx2_cell2 = d2fdx2_cell2 + deriv_two(i+1,2,iEdge) * zgrid(k,grid % CellsOnCell % array (i,cell2))
+                  end do
+
+                  z_edge =  0.5*(zgrid(k,cell1) + zgrid(k,cell2))         &amp;
+                                - (grid % dcEdge % array(iEdge) **2) * (d2fdx2_cell1 + d2fdx2_cell2) / 12.
+
+                  if (config_theta_adv_order == 3) then
+                     z_edge3 =  - (grid % dcEdge % array(iEdge) **2) * (d2fdx2_cell1 - d2fdx2_cell2) / 12.
+                  else
+                     z_edge3 = 0.
+                  end if
+
+               end if
+
+                  zb(k,1,iEdge) = (z_edge-zgrid(k,cell1))*dvEdge(iEdge)/AreaCell(cell1)
+                  zb(k,2,iEdge) = (z_edge-zgrid(k,cell2))*dvEdge(iEdge)/AreaCell(cell2)
+                  zb3(k,1,iEdge)=  z_edge3*dvEdge(iEdge)/AreaCell(cell1)
+                  zb3(k,2,iEdge)=  z_edge3*dvEdge(iEdge)/AreaCell(cell2)
+
+                  if (k /= 1) then
+                     zf(k,1,iEdge) = ( fzm(k)*zz(k,cell1)+fzp(k)*zz(k-1,cell1))*zb(k,1,iEdge)
+                     zf(k,2,iEdge) = ( fzm(k)*zz(k,cell2)+fzp(k)*zz(k-1,cell2))*zb(k,2,iEdge)
+                     zf3(k,1,iEdge)= ( fzm(k)*zz(k,cell1)+fzp(k)*zz(k-1,cell1))*zb3(k,1,iEdge)
+                     zf3(k,2,iEdge)= ( fzm(k)*zz(k,cell2)+fzp(k)*zz(k-1,cell2))*zb3(k,2,iEdge)
+                  end if
+
+            end do
+
+         end if
+       end do
+
+      ! for including terrain
       grid % rw % array = 0.
       state % w % array = 0.
+      do iEdge = 1,grid % nEdges
 
+         cell1 = CellsOnEdge(1,iEdge)
+         cell2 = CellsOnEdge(2,iEdge)
+
+         if (cell1 &lt;= nCellsSolve .or. cell2 &lt;= nCellsSolve ) then
+         do k = 2, grid%nVertLevels
+            flux =  (fzm(k)*grid % ru % array(k,iEdge)+fzp(k)*grid % ru % array(k-1,iEdge))
+            grid % rw % array(k,cell2) = grid % rw % array(k,cell2) + zf(k,2,iEdge)*flux
+            grid % rw % array(k,cell1) = grid % rw % array(k,cell1) - zf(k,1,iEdge)*flux
+
+            if (config_theta_adv_order ==3) then 
+               grid % rw % array(k,cell2) = grid % rw % array(k,cell2)    &amp;
+                                            - sign(1.,grid % ru % array(k,iEdge))*config_coef_3rd_order*zf3(k,2,iEdge)*flux
+               grid % rw % array(k,cell1) = grid % rw % array(k,cell1)    &amp;
+                                            + sign(1.,grid % ru % array(k,iEdge))*config_coef_3rd_order*zf3(k,1,iEdge)*flux
+            end if
+
+         end do
+         end if
+
+      end do
+
+
       !
       ! Compute mass fluxes tangential to each edge (i.e., through the faces of dual grid cells)
       !
@@ -733,50 +863,37 @@
       type (grid_state), intent(inout) :: state
       integer, intent(in) :: test_case
 
-      real (kind=RKIND), parameter :: u0 = 35.0
-      real (kind=RKIND), parameter :: alpha_grid = 0.  ! no grid rotation
-      real (kind=RKIND), parameter :: omega_e = 7.29212e-05
-      real (kind=RKIND), parameter :: t0b = 250., t0 = 288., delta_t = 4.8e+05, dtdz = 0.005, eta_t = 0.2
-      real (kind=RKIND), parameter :: u_perturbation = 1., pert_radius = 0.1, latitude_pert = 40., longitude_pert = 20.
-      real (kind=RKIND), parameter :: theta_c = pii/4.0
-      real (kind=RKIND), parameter :: lambda_c = 3.0*pii/2.0
-      real (kind=RKIND), parameter :: rh_max = 0.4       ! Maximum relative humidity
-      real (kind=RKIND), parameter :: k_x = 9.           ! Normal mode wave number
-
       real (kind=RKIND), dimension(:), pointer :: rdzw, dzu, rdzu, fzm, fzp
       real (kind=RKIND), dimension(:,:), pointer :: zgrid, zx, zz, hx, cqw
       real (kind=RKIND), dimension(:,:), pointer :: ppb, pb, rho, rb, rr, tb, rtb, p, pp, dss, t, rt, u, ru
       real (kind=RKIND), dimension(:,:,:), pointer :: scalars
 
-      integer :: iCell, iCell1, iCell2 , iEdge, vtx1, vtx2, ivtx, i, k, nz, nz1, itr, itrp, cell1, cell2, nCellsSolve
-
       !This is temporary variable here. It just need when calculate tangential velocity v.
       integer :: eoe, j
       integer, dimension(:), pointer :: nEdgesOnEdge 
       integer, dimension(:,:), pointer :: edgesOnEdge
       real, dimension(:,:), pointer :: weightsOnEdge
 
-      real (kind=RKIND) :: flux, fluxk, lat1, lat2, eta_v, r_pert, u_pert, lat_pert, lon_pert, r
+      integer :: iCell, iCell1, iCell2 , iEdge, vtx1, vtx2, ivtx, i, k, nz, nz1, itr, cell1, cell2, nCellsSolve
 
-      real (kind=RKIND) :: ptop, p0, phi
-      real (kind=RKIND) :: lon_Edge
+      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels + 1 ) :: znu, znw, znwc, znwv
+      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels + 1 ) :: znuc, znuv
 
-      real (kind=RKIND) :: r_earth, etavs, ztemp, zd, zt, dz, gam, str
+      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels + 1 ) :: zc, zw, ah
+      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels ) :: zu, dzw, rdzwp, rdzwm
 
-      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels, grid % nCells) :: rel_hum, temperature, rh, thi
-      real (kind=RKIND) :: ptmp, es, qvs, xnutr, znut, ptemp
-      integer :: iter
+      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels, grid % nCells) :: rh, thi, tbi, cqwb
 
-      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels + 1 ) :: hyai, hybi, znu, znw, znwc, znwv, hyam, hybm
-      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels + 1 ) :: znuc, znuv, bn, divh, dpn
+      real (kind=RKIND) ::  r, xnutr
+      real (kind=RKIND) ::  ztemp, zd, zt, dz, str
 
-      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels + 1 ) :: zc, zw, ah
-      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels ) :: zu, dzw, rdzwp, rdzwm
-      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels ) :: eta, etav, teta, ppi, tt
+      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels ) :: qvb
+      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels ) :: t_init_1d
 
       real (kind=RKIND) :: d1, d2, d3, cf1, cf2, cf3, cof1, cof2
-      real (kind=RKIND) :: ztr, thetar, ttr, thetas, um, us, zts, pitop, ptopb, rcp, rcv
-      real (kind=RKIND) :: radx, radz, zcent, xmid, delt, xloc, rad, temp, pres, yloc, ymid, a_scale
+      real (kind=RKIND) :: ztr, thetar, ttr, thetas, um, us, zts, pitop, pibtop, ptopb, ptop, rcp, rcv, p0
+      real (kind=RKIND) :: radx, radz, zcent, xmid, delt, xloc, rad, yloc, ymid, a_scale
+      real (kind=RKIND) :: pres, temp, es, qvs
 
       !
       ! Scale all distances
@@ -839,12 +956,12 @@
 
       scalars(:,:,:) = 0.
 
+      call initialize_advection_rk(grid) 
+      call initialize_deformation_weights(grid) 
+
       xnutr = 0.
       zd = 12000.
-      znut = eta_t
 
-      etavs = (1.-0.252)*pii/2.
-      r_earth = a
       p0 = 1.e+05
       rcp = rgas/cp
       rcv = rgas/(cp-rgas)
@@ -866,7 +983,7 @@
       zt = 20000.
       dz = zt/float(nz1)
 
-      write(0,*) ' dz = ',dz
+!      write(0,*) ' dz = ',dz
       write(0,*) ' hx computation complete '
 
       do k=1,nz
@@ -893,7 +1010,7 @@
  
 !            ah(k) = 1.-cos(.5*pii*(k-1)*dz/zt)**6
             ah(k) = 1.
-            write(0,*) ' k, zc, zw, ah ',k,zc(k),zw(k),ah(k)                        
+!            write(0,*) ' k, zc, zw, ah ',k,zc(k),zw(k),ah(k)                        
       end do
       do k=1,nz1
          dzw (k) = zw(k+1)-zw(k)
@@ -956,15 +1073,6 @@
         end do
       enddo
 
-      do k=1,nz1
-        write(0,*) ' k, zgrid(k,1),hx(k,1) ',k,zgrid(k,1),hx(k,1)
-      enddo
-
-      do k=1,nz1
-        write(0,*) ' k, zx(k,1) ',k,zx(k,1)
-      enddo
-
-      write(0,*) ' grid metrics setup complete '
 !
 ! convective initialization
 !
@@ -973,22 +1081,18 @@
          ttr    = 213.
          thetas = 300.5
 
-         write(0,*) ' rgas, cp, gravity ',rgas,cp, gravity
+!         write(0,*) ' rgas, cp, gravity ',rgas,cp, gravity
 
-!  no flow
-!         um = 0.
-!         us = 0.
-!         zts = 5000.
-!  supercell parameters
+      if ( config_test_case == 4) then ! squall line parameters
+         um = 12.
+         us = 10.
+         zts = 2500.
+      else if (config_test_case == 5) then !supercell parameters
          um = 30.
          us = 15.
          zts = 5000.
-!  squall-line parameters
-         um = 12.
-         us = 10.
-         zts = 2500.
+      end if
 
-
          do i=1,grid % nCells
             do k=1,nz1
                ztemp = .5*(zgrid(k,i)+zgrid(k+1,i))
@@ -1001,6 +1105,10 @@
                   if(t(k,i).lt.thetas) t(k,i) = thetas
                end if
                tb(k,i) = t(k,i)
+               thi(k,i) = t(k,i)
+               tbi(k,i) = t(k,i)
+               cqw(k,i) = 1.
+               cqwb(k,i) = 1.
             end do
          end do
 
@@ -1029,72 +1137,127 @@
          call dmpar_bcast_reals(dminfo, nz1, grid % u_init % array)
 
 !
-!     reference sounding based on dry atmosphere
+!    for reference sounding 
 !
-      pitop = 1.-.5*dzw(1)*gravity/(cp*tb(1,1)*zz(1,1))
+     do itr=1,30
+
+      pitop = 1.-.5*dzw(1)*gravity*(1.+scalars(index_qv,1,1))/(cp*t(1,1)*zz(1,1))
+      pibtop = 1.-.5*dzw(1)*gravity*(1.+qvb(1))/(cp*tb(1,1)*zz(1,1))
       do k=2,nz1
-         pitop = pitop-dzu(k)*gravity/(cp*.5*(tb(k,1)+tb(k-1,1))   &amp;
+         pitop = pitop-dzu(k)*gravity/(cp*cqw(k,1)*.5*(t(k,1)+t(k-1,1))   &amp;
                                    *.5*(zz(k,1)+zz(k-1,1)))
-          
-         write(0,*) k,pitop,tb(k,1),dzu(k),tb(k,1)
+         pibtop = pibtop-dzu(k)*gravity/(cp*cqwb(k,1)*.5*(tb(k,1)+tb(k-1,1))   &amp;
+                                   *.5*(zz(k,1)+zz(k-1,1)))
+
+         !write(0,*) k,pitop,tb(k,1),dzu(k),tb(k,1)
       end do
-      pitop = pitop-.5*dzw(nz1)*gravity/(cp*tb(nz1,1)*zz(nz1,1))
+      pitop = pitop-.5*dzw(nz1)*gravity*(1.+scalars(index_qv,nz1,1))/(cp*t(nz1,1)*zz(nz1,1))
+      pibtop = pibtop-.5*dzw(nz1)*gravity*(1.+qvb(nz1))/(cp*tb(nz1,1)*zz(nz1,1))
 
       call dmpar_bcast_real(dminfo, pitop)
+      call dmpar_bcast_real(dminfo, pibtop)
 
-      ptopb = p0*pitop**(1./rcp)
+      ptopb = p0*pibtop**(1./rcp)
       write(6,*) 'ptopb = ',.01*ptopb
-                
+
       do i=1, grid % nCells
-         pb(nz1,i) = pitop+.5*dzw(nz1)*gravity/(cp*tb(nz1,i)*zz(nz1,i))
-         p (nz1,i) = pitop+.5*dzw(nz1)*gravity/(cp*t (nz1,i)*zz(nz1,i))
+         pb(nz1,i) = pibtop+.5*dzw(nz1)*gravity*(1.+qvb(nz1))/(cp*tb(nz1,i)*zz(nz1,i))
+         p (nz1,i) = pitop+.5*dzw(nz1)*gravity*(1.+scalars(index_qv,nz1,i))/(cp*t (nz1,i)*zz(nz1,i))
          do k=nz1-1,1,-1
-            pb(k,i)  = pb(k+1,i) + dzu(k+1)*gravity/(cp*.5*(tb(k,i)+tb(k+1,i))   &amp;
+            pb(k,i)  = pb(k+1,i) + dzu(k+1)*gravity/(cp*cqwb(k+1,i)*.5*(tb(k,i)+tb(k+1,i))   &amp;
                                            *.5*(zz(k,i)+zz(k+1,i)))
-            p (k,i)  = p (k+1,i) + dzu(k+1)*gravity/(cp*.5*(t (k,i)+t (k+1,i))   &amp;
+            p (k,i)  = p (k+1,i) + dzu(k+1)*gravity/(cp*cqw(k+1,i)*.5*(t (k,i)+t (k+1,i))   &amp;
                                            *.5*(zz(k,i)+zz(k+1,i)))
          end do
          do k=1,nz1
             rb (k,i) = pb(k,i)**(1./rcv)/((rgas/p0)*tb(k,i)*zz(k,i))
             rtb(k,i) = rb(k,i)*tb(k,i)
             rr (k,i) = p (k,i)**(1./rcv)/((rgas/p0)*t (k,i)*zz(k,i))-rb(k,i)
-            cqw(k,i) = 1.
          end do
       end do
 
+     !
+     ! update water vapor mixing ratio from humidity profile
+     !
+      do i= 1,grid%nCells
+         do k=1,nz1
+            temp     = p(k,i)*thi(k,i)
+            pres     = p0*p(k,i)**(1./rcp)
+            qvs      = 380.*exp(17.27*(temp-273.)/(temp-36.))/pres
+            scalars(index_qv,k,i) = amin1(0.014,rh(k,i)*qvs)
+         end do
+      end do
+
+      do k=1,nz1
+!*********************************************************************
+!           QVB = QV INCLUDES MOISTURE IN REFERENCE STATE
+!            qvb(k) = scalars(index_qv,k,1)
+                                        
+!           QVB = 0 PRODUCES DRY REFERENCE STATE
+            qvb(k) = 0.
+!*********************************************************************
+      end do
+
+      do i= 1,grid%nCells
+         do k=1,nz1
+            t (k,i) = thi(k,i)*(1.+1.61*scalars(index_qv,k,i))
+            tb(k,i) = tbi(k,i)*(1.+1.61*qvb(k))
+         end do
+         do k=2,nz1
+            cqw (k,i) = 1./(1.+.5*(scalars(index_qv,k,i)+scalars(index_qv,k-1,i)))
+            cqwb(k,i) = 1./(1.+.5*(qvb(k)+qvb(k-1)))
+         end do
+      end do
+
+      end do !end of iteration loop
+
       write(0,*) ' base state sounding '
+      write(0,*) ' k,     pb,     rb,     tb,     rtb,     t,     rr,      p,    qvb'
       do k=1,grid%nVertLevels
-        write(0,*) ' k, pb,rb,tb,rtb,t,rr,p ', k,pb(k,1),rb(k,1),tb(k,1),rtb(k,1),t(k,1),rr(k,1),p(k,1)
+         write (0,'i2,8(2x,f19.15)') k,pb(k,1),rb(k,1),tb(k,1),rtb(k,1),t(k,1),rr(k,1),p(k,1),qvb(k)
       end do
 
-!-------------------------------------------------------------------
-!     ITERATIONS TO CONVERGE MOIST SOUNDING
 !
+!     potential temperature perturbation
+!
 !      delt = -10.
 !      delt = -0.01
       delt = 3.
       radx  = 10000.
       radz  = 1500.
       zcent = 1500.
-      xmid = 150000.
-      ymid = 50000.*cos(pii/6.)
 
+      if (config_test_case == 4) then          ! squall line prameters
+         call dmpar_max_real(dminfo, maxval(grid % xCell % array(:)), xmid)
+         xmid = xmid * 0.5
+         ymid = 0.0          ! Not used for squall line
+      else if (config_test_case == 5) then     ! supercell parameters
+         call dmpar_max_real(dminfo, maxval(grid % xCell % array(:)), xmid)
+         call dmpar_max_real(dminfo, maxval(grid % yCell % array(:)), ymid)
+         xmid = xmid * 0.5
+         ymid = ymid * 0.5
+      end if
+
       do i=1, grid % nCells
         xloc = grid % xCell % array(i) - xmid
-        yloc = grid % yCell % array(i) - ymid
-        yloc = 0.
-!        xloc = 0.
+        if (config_test_case == 4) then 
+           yloc = 0.                            !squall line setting
+        else if (config_test_case == 5) then
+           yloc = grid % yCell % array(i) - ymid !supercell setting
+        end if
+
         do k = 1,nz1
-          thi(k,i) = t(k,i)
           ztemp     = .5*(zgrid(k+1,i)+zgrid(k,i))
           rad =sqrt((xloc/radx)**2+(yloc/radx)**2+((ztemp-zcent)/radz)**2)
           if(rad.lt.1)  then
-            thi(k,i) = t(k,i) + delt*cos(.5*pii*rad)**2
+            thi(k,i) = thi(k,i) + delt*cos(.5*pii*rad)**2
           end if
+           t (k,i) = thi(k,i)*(1.+1.61*scalars(index_qv,k,i))
         end do
       end do
 
       do itr=1,30
+
         pitop = 1.-.5*dzw(1)*gravity*(1.+scalars(index_qv,1,1))/(cp*t(1,1)*zz(1,1))
         do k=2,nz1
           pitop = pitop-dzu(k)*gravity/(cp*cqw(k,1)*.5*(t (k,1)+t (k-1,1)) &amp;
@@ -1102,67 +1265,574 @@
         end do
         pitop = pitop - .5*dzw(nz1)*gravity*(1.+scalars(index_qv,nz1,1))/(cp*t(nz1,1)*zz(nz1,1))
         ptop = p0*pitop**(1./rcp)
-        write(0,*) 'ptop  = ',.01*ptop
+        write(0,*) 'ptop  = ',.01*ptop, .01*ptopb
 
         call dmpar_bcast_real(dminfo, pitop)
 
-      do i = 1, grid % nCells
+        do i = 1, grid % nCells
 
           pp(nz1,i) = ptop-ptopb+.5*dzw(nz1)*gravity*   &amp;
                        (rr(nz1,i)+(rr(nz1,i)+rb(nz1,i))*scalars(index_qv,nz1,i))
           do k=nz1-1,1,-1
-             pp(k,i) = pp(k+1,i)+.5*dzu(k+1)*gravity*                   &amp;
-                            (rr(k  ,i)+(rr(k  ,i)+rb(k  ,i))*scalars(index_qv,k  ,i)  &amp;
-                            +rr(k+1,i)+(rr(k+1,i)+rb(k+1,i))*scalars(index_qv,k+1,i))
+!             pp(k,i) = pp(k+1,i)+.5*dzu(k+1)*gravity*                   &amp;
+!                            (rr(k  ,i)+(rr(k  ,i)+rb(k  ,i))*scalars(index_qv,k  ,i)  &amp;
+!                            +rr(k+1,i)+(rr(k+1,i)+rb(k+1,i))*scalars(index_qv,k+1,i))
+               pp(k,i) = pp(k+1,i)+dzu(k+1)*gravity*(    &amp;
+                            fzm(k+1)*(rb(k+1,i)*(scalars(index_qv,k+1,i)-qvb(k+1))    &amp;
+                                     +rr(k+1,i)*(1.+scalars(index_qv,k+1,i)))         &amp;
+                           +fzp(k+1)*(rb(k  ,i)*(scalars(index_qv,k  ,i)-qvb(k))      &amp;
+                                     +rr(k  ,i)*(1.+scalars(index_qv,k  ,i))))
           end do
+          if (itr==1.and.i==1) then
           do k=1,nz1
+          print *, &quot;pp-check&quot;, pp(k,i) 
+          end do
+          end if
+          do k=1,nz1
              rt(k,i) = (pp(k,i)/(rgas*zz(k,i))                   &amp;
                      -rtb(k,i)*(p(k,i)-pb(k,i)))/p(k,i)       
              p (k,i) = (zz(k,i)*(rgas/p0)*(rtb(k,i)+rt(k,i)))**rcv
              rr(k,i) = (rt(k,i)-rb(k,i)*(t(k,i)-tb(k,i)))/t(k,i)
           end do
+
+        end do ! loop over cells
+
+      end do !  iteration loop
+!----------------------------------------------------------------------
 !
-!     update water vapor mixing ratio from humitidty profile
-!
+      do k=1,nz1
+        grid % qv_init % array(k) = scalars(index_qv,k,1)
+      end do
+
+      t_init_1d(:) = t(:,1)
+      call dmpar_bcast_reals(dminfo, nz1, t_init_1d)
+      call dmpar_bcast_reals(dminfo, nz1, grid % qv_init % array)
+
+      do i=1,grid % ncells
+         do k=1,nz1
+            grid % t_init % array(k,i) = t_init_1d(k)
+            rho(k,i) = rb(k,i)+rr(k,i)
+         end do
+      end do
+
+      do i=1,grid % nEdges
+        cell1 = grid % CellsOnEdge % array(1,i)
+        cell2 = grid % CellsOnEdge % array(2,i)
+        if(cell1 &lt;= nCellsSolve .or. cell2 &lt;= nCellsSolve) then
           do k=1,nz1
-             temp   = p(k,i)*thi(k,i)
-             pres   = p0*p(k,i)**(1./rcp)
-             qvs    = 380.*exp(17.27*(temp-273.)/(temp-36.))/pres
-             scalars(index_qv,k,i) = amin1(0.014,rh(k,i)*qvs)
+            ru (k,i)  = 0.5*(rho(k,cell1)+rho(k,cell2))*u(k,i)    
           end do
-                        
-          do k=1,nz1
-             t (k,i) = thi(k,i)*(1.+1.61*scalars(index_qv,k,i))
-          end do
-          do k=2,nz1
-             cqw(k,i) = 1./(1.+.5*( scalars(index_qv,k-1,i)  &amp;
-                                   +scalars(index_qv,k  ,i)))
-          end do
-        end do !  iteration loop
+        end if
+      end do
 
-      end do ! loop over cells
-!----------------------------------------------------------------------
+
+      !
+      !  we are assuming w and rw are zero for this initialization
+      !  i.e., no terrain
+      !
+       grid % rw % array = 0.
+       state % w % array = 0.
+
+       grid % zf % array = 0.
+       grid % zf3% array = 0.
+       grid % zb % array = 0.
+       grid % zb3% array = 0.
+
+      !
+      ! Generate rotated Coriolis field
+      !
+      do iEdge=1,grid % nEdges
+         grid % fEdge % array(iEdge) = 0.
+      end do
+
+      do iVtx=1,grid % nVertices
+         grid % fVertex % array(iVtx) = 0.
+      end do
+
+      !
+      ! Compute mass fluxes tangential to each edge (i.e., through the faces of dual grid cells)
+      !
+      state % v % array(:,:) = 0.0
+      do iEdge = 1, grid%nEdges
+         do i=1,nEdgesOnEdge(iEdge)
+            eoe = edgesOnEdge(i,iEdge)
+            if (eoe &gt; 0) then
+               do k = 1, grid%nVertLevels
+                 state % v % array(k,iEdge) = state % v %array(k,iEdge) + weightsOnEdge(i,iEdge) * state % u % array(k, eoe)
+              end do
+            end if
+         end do
+      end do
+
+     ! write(0,*) ' k,u_init, t_init, qv_init '
+     ! do k=1,grid%nVertLevels
+     !   write(0,'(i2,3(2x,f14.10)') k,grid % u_init % array(k),grid % t_init% array(k),grid % qv_init % array(k)
+     ! end do
+
+   end subroutine nhyd_test_case_squall_line
+
+
+!----------------------------------------------------------------------------------------------------------
+
+
+   subroutine nhyd_test_case_mtn_wave(grid, state, test_case)
+   !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
+   ! Setup baroclinic wave test case from Jablonowski and Williamson 2008 (QJRMS)
+   !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
+
+      implicit none
+
+      type (grid_meta), intent(inout) :: grid
+      type (grid_state), intent(inout) :: state
+      integer, intent(in) :: test_case
+
+      real (kind=RKIND), parameter :: t0=288., hm=250.
+
+      real (kind=RKIND), dimension(:), pointer :: rdzw, dzu, rdzu, fzm, fzp
+      real (kind=RKIND), dimension(:,:), pointer :: zgrid, zx, zz, hx, cqw
+      real (kind=RKIND), dimension(:,:), pointer :: ppb, pb, rho, rb, rr, tb, rtb, p, pp, dss, t, rt, u, ru 
+      real (kind=RKIND), dimension(:,:,:), pointer :: scalars, deriv_two, zf, zf3, zb, zb3
+
+      !This is temporary variable here. It just need when calculate tangential velocity v.
+      integer :: eoe, j
+      integer, dimension(:), pointer :: nEdgesOnEdge 
+      integer, dimension(:,:), pointer :: edgesOnEdge, CellsOnEdge
+      real, dimension(:), pointer :: dvEdge, AreaCell, xCell, yCell 
+      real, dimension(:,:), pointer :: weightsOnEdge
+
+      integer :: iCell, iCell1, iCell2 , iEdge, vtx1, vtx2, ivtx, i, k, nz, nz1, itr, itrp, cell1, cell2, nCellsSolve
+
+      real (kind=RKIND) :: ptop, pitop, ptopb, p0, flux, d2fdx2_cell1, d2fdx2_cell2
+
+      real (kind=RKIND) :: ztemp, zd, zt, dz, str
+
+      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels, grid % nCells) :: rh
+      real (kind=RKIND) :: ptmp, es, qvs, xnutr, ptemp
+      integer :: iter
+
+      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels + 1 ) :: zc, zw, ah
+      real (kind=RKIND), dimension(grid % nVertLevels ) :: zu, dzw, rdzwp, rdzwm
+
+      real (kind=RKIND) :: d1, d2, d3, cof1, cof2, cf1, cf2, cf3
+      real (kind=RKIND) :: um, us,  rcp, rcv
+      real (kind=RKIND) :: xmid, temp, pres, a_scale
+
+      real (kind=RKIND) :: xi, xa, xc, xla, zinv, xn2, xn2m, xn2l, sm, dzh, dzht, dzmin, z_edge, z_edge3 
+
+      integer, dimension(grid % nCells, 2) :: next_cell
+      real (kind=RKIND),  dimension(grid % nCells) :: hxzt
+      logical, parameter :: terrain_smooth = .false. 
+
+      !
+      ! Scale all distances
+      !
+
+      a_scale = 1.0
+
+      grid % xCell % array = grid % xCell % array * a_scale
+      grid % yCell % array = grid % yCell % array * a_scale
+      grid % zCell % array = grid % zCell % array * a_scale
+      grid % xVertex % array = grid % xVertex % array * a_scale
+      grid % yVertex % array = grid % yVertex % array * a_scale
+      grid % zVertex % array = grid % zVertex % array * a_scale
+      grid % xEdge % array = grid % xEdge % array * a_scale
+      grid % yEdge % array = grid % yEdge % array * a_scale
+      grid % zEdge % array = grid % zEdge % array * a_scale
+      grid % dvEdge % array = grid % dvEdge % array * a_scale
+      grid % dcEdge % array = grid % dcEdge % array * a_scale
+      grid % areaCell % array = grid % areaCell % array * a_scale**2.0
+      grid % areaTriangle % array = grid % areaTriangle % array * a_scale**2.0
+      grid % kiteAreasOnVertex % array = grid % kiteAreasOnVertex % array * a_scale**2.0
+
+      weightsOnEdge     =&gt; grid % weightsOnEdge % array
+      nEdgesOnEdge      =&gt; grid % nEdgesOnEdge % array
+      edgesOnEdge       =&gt; grid % edgesOnEdge % array  
+      dvEdge            =&gt; grid % dvEdge % array
+      AreaCell          =&gt; grid % AreaCell % array
+      CellsOnEdge       =&gt; grid % CellsOnEdge % array
+      deriv_two         =&gt; grid % deriv_two % array
+      
+      nz1 = grid % nVertLevels
+      nz = nz1 + 1
+      nCellsSolve = grid % nCellsSolve
+
+      zgrid =&gt; grid % zgrid % array
+      zf =&gt; grid % zf % array
+      zf3 =&gt; grid % zf3 % array
+      zb =&gt; grid % zb % array
+      zb3 =&gt; grid % zb3 % array
+      rdzw =&gt; grid % rdzw % array
+      dzu =&gt; grid % dzu % array
+      rdzu =&gt; grid % rdzu % array
+      fzm =&gt; grid % fzm % array
+      fzp =&gt; grid % fzp % array
+      zx =&gt; grid % zx % array
+      zz =&gt; grid % zz % array
+      hx =&gt; grid % hx % array
+      dss =&gt; grid % dss % array

+      xCell =&gt; grid % xCell % array
+      yCell =&gt; grid % yCell % array
+
+      ppb =&gt; grid % pressure_base % array
+      pb =&gt; grid % exner_base % array
+      rb =&gt; grid % rho_base % array
+      tb =&gt; grid % theta_base % array
+      rtb =&gt; grid % rtheta_base % array
+      p =&gt; grid % exner % array
+      cqw =&gt; grid % cqw % array
+
+      rho =&gt; state % rho % array
+
+      pp =&gt; state % pressure % array
+      rr =&gt; state % rho_p % array
+      t =&gt; state % theta % array      
+      rt =&gt; grid % rtheta_p % array
+      u =&gt; state % u % array
+      ru =&gt; grid % ru % array
+
+      scalars =&gt; state % scalars % array
+
+      scalars(:,:,:) = 0.
+
+      call initialize_advection_rk(grid) 
+      call initialize_deformation_weights(grid) 
+
+      xnutr = 0.1
+      zd = 10500.
+
+      p0 = 1.e+05
+      rcp = rgas/cp
+      rcv = rgas/(cp-rgas)
+
+      ! for hx computation
+      xa = 5000. !SHP - should be changed based on grid distance 
+      xla = 4000.
+      xc = maxval (grid % xCell % array(:))/2. 
+
+      !     metrics for hybrid coordinate and vertical stretching
+      str = 1.0
+      zt = 21000.
+      dz = zt/float(nz1)
+!      write(0,*) ' dz = ',dz
+
+      do k=1,nz
+                
+!           sh(k) is the stretching specified for height surfaces
+
+            zc(k) = zt*(real(k-1)*dz/zt)**str 
+                                
+!           to specify specific heights zc(k) for coordinate surfaces,
+!           input zc(k) 
+!           zw(k) is the hieght of zeta surfaces
+!                zw(k) = (k-1)*dz yields constant dzeta
+!                        and nonconstant dzeta/dz
+!                zw(k) = sh(k)*zt yields nonconstant dzeta
+!                        and nearly constant dzeta/dz 
+
+!            zw(k) = float(k-1)*dz
+            zw(k) = zc(k)
 !
-      write(0,*) ' sounding for the simulation '
+!           ah(k) governs the transition between terrain-following 
+!           and pureheight coordinates
+!                ah(k) = 0 is a terrain-following coordinate
+!                ah(k) = 1 is a height coordinate

+!            ah(k) = 1.-cos(.5*pii*(k-1)*dz/zt)**6
+            ah(k) = 1.
+!            write(0,*) ' k, zc, zw, ah ',k,zc(k),zw(k),ah(k)                        
+      end do
       do k=1,nz1
-         write(6,10) .5*(zgrid(k,1)+zgrid(k+1,1))/1000.,                            &amp;
-                   .01*p0*p(k,1)**(1./rcp),t(k,1)/(1.+1.61*scalars(index_qv,k,1)),  &amp;
-                   1000.*scalars(index_qv,k,1),u(k,1)
-   10    format(1x,5f10.3)
+         dzw (k) = zw(k+1)-zw(k)
+         rdzw(k) = 1./dzw(k)
+         zu(k  ) = .5*(zw(k)+zw(k+1))
+      end do
+      do k=2,nz1
+         dzu (k)  = .5*(dzw(k)+dzw(k-1))
+         rdzu(k)  =  1./dzu(k)
+         fzp (k)  = .5* dzw(k  )/dzu(k)
+         fzm (k)  = .5* dzw(k-1)/dzu(k)
+         rdzwp(k) = dzw(k-1)/(dzw(k  )*(dzw(k)+dzw(k-1)))
+         rdzwm(k) = dzw(k  )/(dzw(k-1)*(dzw(k)+dzw(k-1)))
+      end do
 
-        grid % t_init % array(k) = t(k,1)
-        grid % qv_init % array(k) = scalars(index_qv,k,1)
+!**********  how are we storing cf1, cf2 and cf3?
 
+      d1  = .5*dzw(1)
+      d2  = dzw(1)+.5*dzw(2)
+      d3  = dzw(1)+dzw(2)+.5*dzw(3)
+      !cf1 = d2*d3*(d3-d2)/(d2*d3*(d3-d2)+d1*d3*(d1-d3)+d1*d2*(d2-d1))
+      !cf2 = d1*d3*(d1-d3)/(d2*d3*(d3-d2)+d1*d3*(d1-d3)+d1*d2*(d2-d1))
+      !cf3 = d1*d2*(d2-d1)/(d2*d3*(d3-d2)+d1*d3*(d1-d3)+d1*d2*(d2-d1))
+
+      cof1 = (2.*dzu(2)+dzu(3))/(dzu(2)+dzu(3))*dzw(1)/dzu(2)
+      cof2 =     dzu(2)        /(dzu(2)+dzu(3))*dzw(1)/dzu(3)
+      cf1  = fzp(2) + cof1
+      cf2  = fzm(2) - cof1 - cof2
+      cf3  = cof2
+
+      grid % cf1 % scalar = cf1
+      grid % cf2 % scalar = cf2
+      grid % cf3 % scalar = cf3
+
+! setting for terrain
+      do iCell=1,grid % nCells
+         xi = grid % xCell % array(iCell)
+         !====1. for pure cosine mountain
+         ! if(abs(xi-xc).ge.2.*xa)  then
+         !    hx(1,iCell) = 0.
+         ! else
+         !    hx(1,iCell) = hm*cos(.5*pii*(xi-xc)/(2.*xa))**2.
+         ! end if
+
+         !====2. for cosine mountain
+         !if(abs(xi-xc).lt.xa)  THEN
+         !     hx(1,iCell) = hm*cos(pii*(xi-xc)/xla)**2. *cos(.5*pii*(xi-xc)/xa )**2.
+         ! else
+         !    hx(1,iCell) = 0.
+         ! end if
+
+         !====3. for shock mountain 
+         hx(1,iCell) = hm*exp(-((xi-xc)/xa)**2)*cos(pii*(xi-xc)/xla)**2.
+
+         hx(nz,iCell) = zt
+
+!***** SHP -&gt; get the temporary point information for the neighbor cell -&gt;&gt; should be changed!!!!! 
+         do i=1,grid % nCells 
+            !option 1
+            !IF(yCell(i).eq.yCell(iCell).and.xCell(i).eq.xCell(iCell)-sqrt(3.)*grid % dcEdge % array(1)) next_cell(iCell,1) = i 
+            !IF(yCell(i).eq.yCell(iCell).and.xCell(i).eq.xCell(iCell)+sqrt(3.)*grid % dcEdge % array(1)) next_cell(iCell,2) = i 
+            !option 2
+            next_cell(iCell,1) = iCell - 8 ! note ny=4
+            next_cell(iCell,2) = iCell + 8 ! note ny=4
+
+            if (xCell(iCell).le. 3.*grid % dcEdge % array(1)) then
+                next_cell(iCell,1) = 1
+            else if (xCell(iCell).ge. maxval(xCell(:))-3.*grid % dcEdge % array(1)) then
+                next_cell(iCell,2) = 1
+            end if
+
+         end do
+      enddo
+      
+      write(0,*) ' hx computation complete '
+
+
+! smoothing grid for the upper level &gt;&gt; but not propoer for parallel programing 
+      dzmin=.7
+      do k=2,nz1
+         sm = .25*min((zc(k)-zc(k-1))/dz,1.)
+         do i=1,grid % nCells
+            hx(k,i) = hx(k-1,i)
+         end do
+
+         do iter = 1,20 !iteration for smoothing
+
+            do i=1,grid % nCells
+               hxzt(i) = hx(k,i) + sm*(hx(k,next_cell(i,2))-2.*hx(k,i)+hx(k,next_cell(i,1)))
+            end do
+            dzh = zc(k) - zc(k-1)
+            do i=1,grid % nCells
+               dzht = zc(k)+hxzt(i) - zc(k-1)-hx(k-1,i)
+               if(dzht.lt.dzh)  dzh = dzht
+            end do
+
+            if(dzh.gt.dzmin*(zc(k)-zc(k-1)))  then
+               do i=1,grid % nCells
+                  hx(k,i) = hxzt(i)
+               end do
+            else 
+               goto 99  !SHP - this algorithm should be changed
+            end if
+
+         end do !end of iteration for smoothing
+99       print *,&quot;PASS-SHP&quot;
       end do
 
-      call dmpar_bcast_reals(dminfo, nz1, grid % t_init % array)
-      call dmpar_bcast_reals(dminfo, nz1, grid % qv_init % array)
-                
+      do iCell=1,grid % nCells
+        do k=1,nz
+            if (terrain_smooth) then
+            zgrid(k,iCell) = ah(k)*(zc(k)*(1.-hx(k,iCell)/zt)+hx(k,iCell)) &amp;
+                           + (1.-ah(k)) * zc(k)
+            else
+            zgrid(k,iCell) = ah(k)*(zc(k)*(1.-hx(1,iCell)/zt)+hx(1,iCell)) &amp;
+                           + (1.-ah(k)) * zc(k)
+            end if
+        end do
+        do k=1,nz1
+          zz (k,iCell) = (zw(k+1)-zw(k))/(zgrid(k+1,iCell)-zgrid(k,iCell))
+        end do
+      end do
+
+      do i=1, grid % nEdges
+        iCell1 = grid % CellsOnEdge % array(1,i)
+        iCell2 = grid % CellsOnEdge % array(2,i)
+        do k=1,nz
+          zx (k,i) = (zgrid(k,iCell2)-zgrid(k,iCell1)) / grid % dcEdge % array(i)
+        end do
+      end do
+      do i=1, grid % nCells
+        do k=1,nz1
+          ztemp = .5*(zgrid(k+1,i)+zgrid(k,i))
+          dss(k,i) = 0.
+          ztemp = zgrid(k,i)
+          if(ztemp.gt.zd+.1)  then
+             dss(k,i) = dss(k,i)+xnutr*sin(.5*pii*(ztemp-zd)/(zt-zd))**2
+          end if
+        end do
+      enddo
+
+      write(0,*) ' grid metrics setup complete '
+
 !
+! mountain wave initialization
+!
+         !SHP-original
+         !zinv = 1000.
+         !SHP-schar case
+         zinv = 3000.
+
+         xn2  = 0.0001
+         xn2m = 0.0000
+         xn2l = 0.0001
+
+         um = 10.
+         us = 0.
+
+         do i=1,grid % nCells
+            do k=1,nz1
+               ztemp   = .5*(zgrid(k,i)+zgrid(k+1,i))
+               tb(k,i) =  t0*(1. + xn2m/gravity*ztemp) 
+               if(ztemp .le. zinv) then
+                  t (k,i) = t0*(1.+xn2l/gravity*ztemp)
+               else
+                  t (k,i) = t0*(1.+xn2l/gravity*zinv+xn2/gravity*(ztemp-zinv)) 
+               end if
+                  rh(k,i) = 0. 
+            end do
+         end do
+
+!  set the velocity field - we are on a plane here.
+
+         do i=1, grid % nEdges
+            cell1 = grid % CellsOnEdge % array(1,i)
+            cell2 = grid % CellsOnEdge % array(2,i)
+            if(cell1 &lt;= nCellsSolve .or. cell2 &lt;= nCellsSolve) then
+            do k=1,nz1
+               ztemp = .25*( zgrid(k,cell1 )+zgrid(k+1,cell1 )  &amp;
+                            +zgrid(k,cell2)+zgrid(k+1,cell2))
+               u(k,i) = um
+               if(i == 1 ) grid % u_init % array(k) = u(k,i) - us
+               u(k,i) = cos(grid % angleEdge % array(i)) * (u(k,i) - us) 
+            end do
+            end if
+         end do
+
+!
+!     reference sounding based on dry atmosphere
+!
+      pitop = 1.-.5*dzw(1)*gravity/(cp*tb(1,1)*zz(1,1))
+      do k=2,nz1
+         pitop = pitop-dzu(k)*gravity/(cp*(fzm(k)*tb(k,1)+fzp(k)*tb(k-1,1))   &amp;
+                                         *(fzm(k)*zz(k,1)+fzp(k)*zz(k-1,1)))
+      end do
+      pitop = pitop-.5*dzw(nz1)*gravity/(cp*tb(nz1,1)*zz(nz1,1))
+      ptopb = p0*pitop**(1./rcp)
+                
+      do i=1, grid % nCells
+         pb(nz1,i) = pitop+.5*dzw(nz1)*gravity/(cp*tb(nz1,i)*zz(nz1,i))
+         p (nz1,i) = pitop+.5*dzw(nz1)*gravity/(cp*t (nz1,i)*zz(nz1,i))
+         do k=nz1-1,1,-1
+            pb(k,i)  = pb(k+1,i) + dzu(k+1)*gravity/(cp*.5*(tb(k,i)+tb(k+1,i))   &amp;
+                                           *.5*(zz(k,i)+zz(k+1,i)))
+            p (k,i)  = p (k+1,i) + dzu(k+1)*gravity/(cp*.5*(t (k,i)+t (k+1,i))   &amp;
+                                           *.5*(zz(k,i)+zz(k+1,i)))
+         end do
+         do k=1,nz1
+            rb (k,i) = pb(k,i)**(1./rcv)/((rgas/p0)*tb(k,i)*zz(k,i))
+            rtb(k,i) = rb(k,i)*tb(k,i)
+            rr (k,i) = p (k,i)**(1./rcv)/((rgas/p0)*t (k,i)*zz(k,i))-rb(k,i)
+            cqw(k,i) = 1.
+         end do
+      end do
+
+       write(0,*) ' ***** base state sounding ***** '
+       write(0,*) 'k       pb        p         rb         rtb         rr          tb          t'
+       do k=1,grid%nVertLevels
+          write(0,'i2,7(2x,f14.9)') k,pb(k,1),p(k,1),rb(k,1),rtb(k,1),rr(k,1),tb(k,1),t(k,1)
+       end do

+       scalars(index_qv,:,:) = 0.
+
+!-------------------------------------------------------------------
+!     ITERATIONS TO CONVERGE MOIST SOUNDING
+      do itr=1,30
+        pitop = 1.-.5*dzw(1)*gravity*(1.+scalars(index_qv,1,1))/(cp*t(1,1)*zz(1,1))
+
+        do k=2,nz1
+          pitop = pitop-dzu(k)*gravity/(cp*cqw(k,1)*(fzm(k)*t (k,1)+fzp(k)*t (k-1,1)) &amp;
+                                                   *(fzm(k)*zz(k,1)+fzp(k)*zz(k-1,1)))
+        end do
+        pitop = pitop - .5*dzw(nz1)*gravity*(1.+scalars(index_qv,nz1,1))/(cp*t(nz1,1)*zz(nz1,1))
+        ptop = p0*pitop**(1./rcp)
+
+        do i = 1, grid % nCells
+
+           pp(nz1,i) = ptop-ptopb+.5*dzw(nz1)*gravity*   &amp;
+                       (rr(nz1,i)+(rr(nz1,i)+rb(nz1,i))*scalars(index_qv,nz1,i))
+           do k=nz1-1,1,-1
+              pp(k,i) = pp(k+1,i)+dzu(k+1)*gravity*                   &amp;
+                            (fzm(k)*(rr(k  ,i)+(rr(k  ,i)+rb(k  ,i))*scalars(index_qv,k  ,i))  &amp;
+                            +fzp(k)*(rr(k+1,i)+(rr(k+1,i)+rb(k+1,i))*scalars(index_qv,k+1,i)))
+           end do
+           do k=1,nz1
+              rt(k,i) = (pp(k,i)/(rgas*zz(k,i))                   &amp;
+                      -rtb(k,i)*(p(k,i)-pb(k,i)))/p(k,i)
+              p (k,i) = (zz(k,i)*(rgas/p0)*(rtb(k,i)+rt(k,i)))**rcv
+              rr(k,i) = (rt(k,i)-rb(k,i)*(t(k,i)-tb(k,i)))/t(k,i)
+           end do
+!
+!     update water vapor mixing ratio from humitidty profile
+!
+           do k=1,nz1
+              temp   = p(k,i)*t(k,i)
+              pres   = p0*p(k,i)**(1./rcp)
+              qvs    = 380.*exp(17.27*(temp-273.)/(temp-36.))/pres
+              scalars(index_qv,k,i) = amin1(0.014,rh(k,i)*qvs)
+           end do
+                         
+           do k=1,nz1
+              t (k,i) = t(k,i)*(1.+1.61*scalars(index_qv,k,i))
+           end do
+           do k=2,nz1
+              cqw(k,i) = 1./(1.+.5*( scalars(index_qv,k-1,i)  &amp;
+                                    +scalars(index_qv,k  ,i)))
+           end do
+
+        end do ! loop over cells
+
+      end do !  iteration loop
+!----------------------------------------------------------------------
+!
+      write(0,*) ' *** sounding for the simulation ***'
+      write(0,*) '    z       theta       pres         qv       rho_m        u        rr'
+      do k=1,nz1
+         write(6,'8(f14.9,2x)') .5*(zgrid(k,1)+zgrid(k+1,1))/1000.,   &amp;
+                       t(k,1)/(1.+1.61*scalars(index_qv,k,1)),        &amp;
+                       .01*p0*p(k,1)**(1./rcp),                       &amp;
+                       1000.*scalars(index_qv,k,1),                   &amp;
+                       (rb(k,1)+rr(k,1))*(1.+scalars(index_qv,k,1)),  &amp;
+                       grid % u_init % array(k), rr(k,1)
+      end do
+
       do i=1,grid % ncells
          do k=1,nz1
             rho(k,i) = rb(k,i)+rr(k,i)
          end do
+
+        do k=1,nz1
+            grid % t_init % array(k,i) = t(k,i)
+        end do
       end do
 
       do i=1,grid % nEdges
@@ -1176,33 +1846,92 @@
       end do
 
 !
-!        CALCULATION OF OMEGA, RW = ZX * RU + ZZ * RW
+!     pre-calculation z-metric terms in omega eqn.
 !
-!  we are assuming w and rw are zero for this initialization
-!  i.e., no terrain
+      do iEdge = 1,grid % nEdges
+         cell1 = CellsOnEdge(1,iEdge)
+         cell2 = CellsOnEdge(2,iEdge)
+         if (cell1 &lt;= nCellsSolve .or. cell2 &lt;= nCellsSolve ) then
+
+            do k = 1, grid%nVertLevels
+
+               if (config_theta_adv_order == 2) then
+
+                  z_edge = (zgrid(k,cell1)+zgrid(k,cell2))/2.
+
+               else !theta_adv_order == 3 or 4 
+
+                  d2fdx2_cell1 = deriv_two(1,1,iEdge) * zgrid(k,cell1)
+                  d2fdx2_cell2 = deriv_two(1,2,iEdge) * zgrid(k,cell2)
+                  do i=1, grid % nEdgesOnCell % array (cell1)
+                     if ( grid % CellsOnCell % array (i,cell1) &gt; 0)       &amp;
+                     d2fdx2_cell1 = d2fdx2_cell1 + deriv_two(i+1,1,iEdge) * zgrid(k,grid % CellsOnCell % array (i,cell1))
+                  end do
+                  do i=1, grid % nEdgesOnCell % array (cell2)
+                     if ( grid % CellsOnCell % array (i,cell2) &gt; 0)       &amp;
+                     d2fdx2_cell2 = d2fdx2_cell2 + deriv_two(i+1,2,iEdge) * zgrid(k,grid % CellsOnCell % array (i,cell2))
+                  end do             
+             
+                  z_edge =  0.5*(zgrid(k,cell1) + zgrid(k,cell2))         &amp;
+                                - (grid % dcEdge % array(iEdge) **2) * (d2fdx2_cell1 + d2fdx2_cell2) / 12. 
+
+                  if (config_theta_adv_order == 3) then
+                     z_edge3 =  - (grid % dcEdge % array(iEdge) **2) * (d2fdx2_cell1 - d2fdx2_cell2) / 12.   
+                  else 
+                     z_edge3 = 0.
+                  end if
+
+               end if
+
+                  zb(k,1,iEdge) = (z_edge-zgrid(k,cell1))*dvEdge(iEdge)/AreaCell(cell1) 
+                  zb(k,2,iEdge) = (z_edge-zgrid(k,cell2))*dvEdge(iEdge)/AreaCell(cell2) 
+                  zb3(k,1,iEdge)=  z_edge3*dvEdge(iEdge)/AreaCell(cell1) 
+                  zb3(k,2,iEdge)=  z_edge3*dvEdge(iEdge)/AreaCell(cell2) 
+  
+                  if (k /= 1) then
+                     zf(k,1,iEdge) = ( fzm(k)*zz(k,cell1)+fzp(k)*zz(k-1,cell1) )*zb(k,1,iEdge)
+                     zf(k,2,iEdge) = ( fzm(k)*zz(k,cell2)+fzp(k)*zz(k-1,cell2) )*zb(k,2,iEdge)
+                     zf3(k,1,iEdge)= ( fzm(k)*zz(k,cell1)+fzp(k)*zz(k-1,cell1) )*zb3(k,1,iEdge)
+                     zf3(k,2,iEdge)= ( fzm(k)*zz(k,cell2)+fzp(k)*zz(k-1,cell2) )*zb3(k,2,iEdge)
+                  end if
+
+            end do
+
+         end if
+       end do
+
+!     for including terrain
+      state % w % array(:,:) = 0.0
+      grid % rw % array(:,:) = 0.0
+
 !
-       grid % rw % array = 0.
-       state % w % array = 0.
+!     calculation of omega, rw = zx * ru + zz * rw
+!
 
-!      DO I=1,NX
-!         IM1=I-1
-!         IF(IPER.EQ.1.AND.I.EQ.1) IM1=NX1
-!         RW(1 ,I) = 0.
-!         RW(NZ,I) = 0.
-!         DO K=2,NZ1
-!           RW(K ,I) = (FZM(K)*ZZ(K,I)+FZP(K)*ZZ(K-1,I))*(
-!     &amp;                -RDX*(RUZ(K,I  )*(ZUW(K,I  )-ZGRID(K,I))
-!     &amp;                     -RUZ(K,IM1)*(ZUW(K,IM1)-ZGRID(K,I))))
-!         END DO
-!         DO K=1,NZ
-!            RW1(K,I) = RW(K,I)
-!         END DO
-!      END DO
+      do iEdge = 1,grid % nEdges
 
+         cell1 = CellsOnEdge(1,iEdge)
+         cell2 = CellsOnEdge(2,iEdge)
 
-      !
-      ! Generate rotated Coriolis field
-      !
+         if (cell1 &lt;= nCellsSolve .or. cell2 &lt;= nCellsSolve ) then
+         do k = 2, grid%nVertLevels
+            flux =  (fzm(k)*ru(k,iEdge)+fzp(k)*ru(k-1,iEdge))  
+            grid % rw % array(k,cell2) = grid % rw % array(k,cell2) + zf(k,2,iEdge)*flux 
+            grid % rw % array(k,cell1) = grid % rw % array(k,cell1) - zf(k,1,iEdge)*flux 
+
+            if (config_theta_adv_order ==3) then
+               grid % rw % array(k,cell2) = grid % rw % array(k,cell2)    &amp;
+                                            - sign(1.,ru(k,iEdge))*config_coef_3rd_order*zf3(k,2,iEdge)*flux
+               grid % rw % array(k,cell1) = grid % rw % array(k,cell1)    &amp;
+                                            + sign(1.,ru(k,iEdge))*config_coef_3rd_order*zf3(k,1,iEdge)*flux
+            end if
+
+         end do
+         end if
+
+      end do
+
+
       do iEdge=1,grid % nEdges
          grid % fEdge % array(iEdge) = 0.
       end do
@@ -1226,16 +1955,14 @@
          end do
       end do
 
-!      do iCell = 1, grid % nCells
-!        rt(5,iCell) = rt(5,iCell) + .1
-!      enddo
+!      do k=1,grid%nVertLevels
+!        write(0,*) ' k,u_init, t_init, qv_init ',k,grid % u_init % array(k),grid % t_init% array(k),grid % qv_init % array(k)
+!      end do
 
+   end subroutine nhyd_test_case_mtn_wave
 
-      do k=1,grid%nVertLevels
-        write(0,*) ' k,u_init, t_init, qv_init ',k,grid % u_init % array(k),grid % t_init% array(k),grid % qv_init % array(k)
-      end do
 
-   end subroutine nhyd_test_case_squall_line
+!----------------------------------------------------------------------------------------------------------
 
    real function sphere_distance(lat1, lon1, lat2, lon2, radius)
    !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

</font>
</pre>