source: palm/trunk/SOURCE/advec_particles.f90 @ 667

Last change on this file since 667 was 667, checked in by suehring, 14 years ago

summary:


Gryschka:

  • Coupling with different resolution and different numbers of PEs in ocean and atmosphere is available
  • Exchange of u and v from ocean surface to atmosphere surface
  • Mirror boundary condition for u and v at the bottom are replaced by dirichlet boundary conditions
  • Inflow turbulence is now defined by flucuations around spanwise mean
  • Bugfixes for cyclic_fill and constant_volume_flow

Suehring:

  • New advection added ( Wicker and Skamarock 5th order ), therefore:
    • New module advec_ws.f90
    • Modified exchange of ghost boundaries.
    • Modified evaluation of turbulent fluxes
    • New index bounds nxlg, nxrg, nysg, nyng

advec_ws.f90


Advection scheme for scalars and momentum using the flux formulation of
Wicker and Skamarock 5th order.
Additionally the module contains of a routine using for initialisation and
steering of the statical evaluation. The computation of turbulent fluxes takes
place inside the advection routines.
In case of vector architectures Dirichlet and Radiation boundary conditions are
outstanding and not available. Furthermore simulations within topography are
not possible so far. A further routine local_diss_ij is available and is used
if a control of dissipative fluxes is desired.

check_parameters.f90


Exchange of parameters between ocean and atmosphere via PE0
Check for illegal combination of ws-scheme and timestep scheme.
Check for topography and ws-scheme.
Check for not cyclic boundary conditions in combination with ws-scheme and
loop_optimization = 'vector'.
Check for call_psolver_at_all_substeps and ws-scheme for momentum_advec.

Different processor/grid topology in atmosphere and ocean is now allowed!
Bugfixes in checking for conserve_volume_flow_mode.

exchange_horiz.f90


Dynamic exchange of ghost points with nbgp_local to ensure that no useless
ghost points exchanged in case of multigrid. type_yz(0) and type_xz(0) used for
normal grid, the remaining types used for the several grid levels.
Exchange is done via MPI-Vectors with a dynamic value of ghost points which
depend on the advection scheme. Exchange of left and right PEs is 10% faster
with MPI-Vectors than without.

flow_statistics.f90


When advection is computed with ws-scheme, turbulent fluxes are already
computed in the respective advection routines and buffered in arrays
sums_xxxx_ws_l(). This is due to a consistent treatment of statistics
with the numerics and to avoid unphysical kinks near the surface. So some if-
requests has to be done to dicern between fluxes from ws-scheme other advection
schemes. Furthermore the computation of z_i is only done if the heat flux
exceeds a minimum value. This affects only simulations of a neutral boundary
layer and is due to reasons of computations in the advection scheme.

inflow_turbulence.f90


Using nbgp recycling planes for a better resolution of the turbulent flow near
the inflow.

init_grid.f90


Definition of new array bounds nxlg, nxrg, nysg, nyng on each PE.
Furthermore the allocation of arrays and steering of loops is done with these
parameters. Call of exchange_horiz are modified.
In case of dirichlet bounday condition at the bottom zu(0)=0.0
dzu_mg has to be set explicitly for a equally spaced grid near bottom.
ddzu_pres added to use a equally spaced grid near bottom.

init_pegrid.f90


Moved determination of target_id's from init_coupling
Determination of parameters needed for coupling (coupling_topology, ngp_a, ngp_o)
with different grid/processor-topology in ocean and atmosphere

Adaption of ngp_xy, ngp_y to a dynamic number of ghost points.
The maximum_grid_level changed from 1 to 0. 0 is the normal grid, 1 to
maximum_grid_level the grids for multigrid, in which 0 and 1 are normal grids.
This distinction is due to reasons of data exchange and performance for the
normal grid and grids in poismg.
The definition of MPI-Vectors adapted to a dynamic numer of ghost points.
New MPI-Vectors for data exchange between left and right boundaries added.
This is due to reasons of performance (10% faster).

ATTENTION: nnz_x undefined problem still has to be solved!!!!!!!!
TEST OUTPUT (TO BE REMOVED) logging mpi2 ierr values

parin.f90


Steering parameter dissipation_control added in inipar.

Makefile


Module advec_ws added.

Modules


Removed u_nzb_p1_for_vfc and v_nzb_p1_for_vfc

For coupling with different resolution in ocean and atmophere:
+nx_a, +nx_o, ny_a, +ny_o, ngp_a, ngp_o, +total_2d_o, +total_2d_a,
+coupling_topology

Buffer arrays for the left sided advective fluxes added in arrays_3d.
+flux_s_u, +flux_s_v, +flux_s_w, +diss_s_u, +diss_s_v, +diss_s_w,
+flux_s_pt, +diss_s_pt, +flux_s_e, +diss_s_e, +flux_s_q, +diss_s_q,
+flux_s_sa, +diss_s_sa
3d arrays for dissipation control added. (only necessary for vector arch.)
+var_x, +var_y, +var_z, +gamma_x, +gamma_y, +gamma_z
Default of momentum_advec and scalar_advec changed to 'ws-scheme' .
+exchange_mg added in control_parameters to steer the data exchange.
Parameters +nbgp, +nxlg, +nxrg, +nysg, +nyng added in indices.
flag array +boundary_flags added in indices to steer the degradation of order
of the advective fluxes when non-cyclic boundaries are used.
MPI-datatypes +type_y, +type_y_int and +type_yz for data_exchange added in
pegrid.
+sums_wsus_ws_l, +sums_wsvs_ws_l, +sums_us2_ws_l, +sums_vs2_ws_l,
+sums_ws2_ws_l, +sums_wspts_ws_l, +sums_wssas_ws_l, +sums_wsqs_ws_l
and +weight_substep added in statistics to steer the statistical evaluation
of turbulent fluxes in the advection routines.
LOGICALS +ws_scheme_sca and +ws_scheme_mom added to get a better performance
in prognostic_equations.
LOGICAL +dissipation_control control added to steer numerical dissipation
in ws-scheme.

Changed length of string run_description_header

pres.f90


New allocation of tend when ws-scheme and multigrid is used. This is due to
reasons of perforance of the data_exchange. The same is done with p after
poismg is called.
nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng when no
multigrid is used. Calls of exchange_horiz are modified.

bugfix: After pressure correction no volume flow correction in case of
non-cyclic boundary conditions
(has to be done only before pressure correction)

Call of SOR routine is referenced with ddzu_pres.

prognostic_equations.f90


Calls of the advection routines with WS5 added.
Calls of ws_statistics added to set the statistical arrays to zero after each
time step.

advec_particles.f90


Declaration of de_dx, de_dy, de_dz adapted to additional ghost points.
Furthermore the calls of exchange_horiz were modified.

asselin_filter.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng

average_3d_data.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng

boundary_conds.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng
Removed mirror boundary conditions for u and v at the bottom in case of
ibc_uv_b == 0. Instead, dirichelt boundary conditions (u=v=0) are set
in init_3d_model

calc_liquid_water_content.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng

calc_spectra.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng for
allocation of tend.

check_open.f90


Output of total array size was adapted to nbgp.

data_output_2d.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng in loops and
allocation of arrays local_2d and total_2d.
Calls of exchange_horiz are modified.

data_output_2d.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng in loops and
allocation of arrays. Calls of exchange_horiz are modified.
Skip-value skip_do_avs changed to a dynamic adaption of ghost points.

data_output_mask.f90


Calls of exchange_horiz are modified.

diffusion_e.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng

diffusion_s.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng

diffusion_u.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng

diffusion_v.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng

diffusion_w.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng

diffusivities.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng

diffusivities.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng.
Calls of exchange_horiz are modified.

exchange_horiz_2d.f90


Dynamic exchange of ghost points with nbgp, which depends on the advection
scheme. Exchange between left and right PEs is now done with MPI-vectors.

global_min_max.f90


Adapting of the index arrays, because MINLOC assumes lowerbound
at 1 and not at nbgp.

init_3d_model.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng in loops and
allocation of arrays. Calls of exchange_horiz are modified.
Call ws_init to initialize arrays needed for statistical evaluation and
optimization when ws-scheme is used.
Initial volume flow is now calculated by using the variable hom_sum.
Therefore the correction of initial volume flow for non-flat topography
removed (removed u_nzb_p1_for_vfc and v_nzb_p1_for_vfc)
Changed surface boundary conditions for u and v in case of ibc_uv_b == 0 from
mirror bc to dirichlet boundary conditions (u=v=0), so that k=nzb is
representative for the height z0

Bugfix: type conversion of '1' to 64bit for the MAX function (ngp_3d_inner)

init_coupling.f90


determination of target_id's moved to init_pegrid

init_pt_anomaly.f90


Call of exchange_horiz are modified.

init_rankine.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng.
Calls of exchange_horiz are modified.

init_slope.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng.

header.f90


Output of advection scheme.

poismg.f90


Calls of exchange_horiz are modified.

prandtl_fluxes.f90


Changed surface boundary conditions for u and v from mirror bc to dirichelt bc,
therefore u(uzb,:,:) and v(nzb,:,:) is now representative for the height z0
nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng

production_e.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng

read_3d_binary.f90


+/- 1 replaced with +/- nbgp when swapping and allocating variables.

sor.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng.
Call of exchange_horiz are modified.
bug removed in declaration of ddzw(), nz replaced by nzt+1

subsidence.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng.

sum_up_3d_data.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng.

surface_coupler.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng in
MPI_SEND() and MPI_RECV.
additional case for nonequivalent processor and grid topopolgy in ocean and
atmosphere added (coupling_topology = 1)

Added exchange of u and v from Ocean to Atmosphere

time_integration.f90


Calls of exchange_horiz are modified.
Adaption to slooping surface.

timestep.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng.

user_3d_data_averaging.f90, user_data_output_2d.f90, user_data_output_3d.f90,
user_actions.f90, user_init.f90, user_init_plant_canopy.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng.

user_read_restart_data.f90


Allocation with nbgp.

wall_fluxes.f90


nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng.

write_compressed.f90


Array bounds and nx, ny adapted with nbgp.

sor.f90


bug removed in declaration of ddzw(), nz replaced by nzt+1

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 171.4 KB
Line 
1 SUBROUTINE advec_particles
2
3!------------------------------------------------------------------------------!
4! Current revisions:
5! -----------------
6! Declaration of de_dx, de_dy, de_dz adapted to additional
7! ghost points. Furthermore the calls of exchange_horiz were modified.
8!
9! TEST: PRINT statements on unit 9 (commented out)
10!
11! Former revisions:
12! -----------------
13! $Id: advec_particles.f90 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring $
14!
15! 622 2010-12-10 08:08:13Z raasch
16! optional barriers included in order to speed up collective operations
17!
18! 519 2010-03-19 05:30:02Z raasch
19! NetCDF4 output format allows size of particle array to be extended
20!
21! 420 2010-01-13 15:10:53Z franke
22! Own weighting factor for every cloud droplet is implemented and condensation
23! and collision of cloud droplets are adjusted accordingly. +delta_v, -s_r3,
24! -s_r4
25! Initialization of variables for the (sub-) timestep is moved to the beginning
26! in order to enable deletion of cloud droplets due to collision processes.
27! Collision efficiency for large cloud droplets has changed according to table
28! of Rogers and Yau. (collision_efficiency)
29! Bugfix: calculation of cloud droplet velocity
30! Bugfix: transfer of particles at south/left edge when new position
31!         y>=(ny+0.5)*dy-1.e-12 or x>=(nx+0.5)*dx-1.e-12, very rare
32! Bugfix: calculation of y (collision_efficiency)
33!
34! 336 2009-06-10 11:19:35Z raasch
35! Particle attributes are set with new routine set_particle_attributes.
36! Vertical particle advection depends on the particle group.
37! Output of NetCDF messages with aid of message handling routine.
38! Output of messages replaced by message handling routine
39! Bugfix: error in check, if particles moved further than one subdomain length.
40!         This check must not be applied for newly released particles
41! Bugfix: several tail counters are initialized, particle_tail_coordinates is
42! only written to file if its third index is > 0
43!
44! 212 2008-11-11 09:09:24Z raasch
45! Bugfix in calculating k index in case of oceans runs (sort_particles)
46!
47! 150 2008-02-29 08:19:58Z raasch
48! Bottom boundary condition and vertical index calculations adjusted for
49! ocean runs.
50!
51! 119 2007-10-17 10:27:13Z raasch
52! Sorting of particles is controlled by dt_sort_particles and moved from
53! the SGS timestep loop after the end of this loop.
54! Bugfix: pleft/pright changed to pnorth/psouth in sendrecv of particle tail
55! numbers along y
56! Small bugfixes in the SGS part
57!
58! 106 2007-08-16 14:30:26Z raasch
59! remaining variables iran changed to iran_part
60!
61! 95 2007-06-02 16:48:38Z raasch
62! hydro_press renamed hyp
63!
64! 75 2007-03-22 09:54:05Z raasch
65! Particle reflection at vertical walls implemented in new subroutine
66! particle_boundary_conds,
67! vertical walls are regarded in the SGS model,
68! + user_advec_particles, particles-package is now part of the defaut code,
69! array arguments in sendrecv calls have to refer to first element (1) due to
70! mpich (mpiI) interface requirements,
71! 2nd+3rd argument removed from exchange horiz
72!
73! 16 2007-02-15 13:16:47Z raasch
74! Bugfix: wrong if-clause from revision 1.32
75!
76! r4 | raasch | 2007-02-13 12:33:16 +0100 (Tue, 13 Feb 2007)
77! RCS Log replace by Id keyword, revision history cleaned up
78!
79! Revision 1.32  2007/02/11 12:48:20  raasch
80! Allways the lower level k is used for interpolation
81! Bugfix: new particles are released only if end_time_prel > simulated_time
82! Bugfix: transfer of particles when x < -0.5*dx (0.0 before), etc.,
83!         index i,j used instead of cartesian (x,y) coordinate to check for
84!         transfer because this failed under very rare conditions
85! Bugfix: calculation of number of particles with same radius as the current
86!         particle (cloud droplet code)
87!
88! Revision 1.31  2006/08/17 09:21:01  raasch
89! Two more compilation errors removed from the last revision
90!
91! Revision 1.30  2006/08/17 09:11:17  raasch
92! Two compilation errors removed from the last revision
93!
94! Revision 1.29  2006/08/04 14:05:01  raasch
95! Subgrid scale velocities are (optionally) included for calculating the
96! particle advection, new counters trlp_count_sum, etc. for accumulating
97! the number of particles exchanged between the subdomains during all
98! sub-timesteps (if sgs velocities are included), +3d-arrays de_dx/y/z,
99! izuf renamed iran, output of particle time series
100!
101! Revision 1.1  1999/11/25 16:16:06  raasch
102! Initial revision
103!
104!
105! Description:
106! ------------
107! Particle advection
108!------------------------------------------------------------------------------!
109
110    USE arrays_3d
111    USE cloud_parameters
112    USE constants
113    USE control_parameters
114    USE cpulog
115    USE grid_variables
116    USE indices
117    USE interfaces
118    USE netcdf_control
119    USE particle_attributes
120    USE pegrid
121    USE random_function_mod
122    USE statistics
123
124    IMPLICIT NONE
125
126    INTEGER ::  agp, deleted_particles, deleted_tails, i, ie, ii, inc, is, j,  &
127                jj, js, k, kk, kw, m, n, nc, nn, num_gp, psi, tlength,         &
128                trlp_count, trlp_count_sum, trlp_count_recv,                   &
129                trlp_count_recv_sum, trlpt_count, trlpt_count_recv,            &
130                trnp_count, trnp_count_sum, trnp_count_recv,                   &
131                trnp_count_recv_sum, trnpt_count, trnpt_count_recv,            &
132                trrp_count, trrp_count_sum, trrp_count_recv,                   &
133                trrp_count_recv_sum, trrpt_count, trrpt_count_recv,            &
134                trsp_count, trsp_count_sum, trsp_count_recv,                   &
135                trsp_count_recv_sum, trspt_count, trspt_count_recv, nd
136
137    INTEGER ::  gp_outside_of_building(1:8)
138
139    LOGICAL ::  dt_3d_reached, dt_3d_reached_l, prt_position
140
141    REAL    ::  aa, arg, bb, cc, dd, delta_r, delta_v, dens_ratio, de_dt,      &
142                de_dt_min, de_dx_int, de_dx_int_l, de_dx_int_u, de_dy_int,     &
143                de_dy_int_l, de_dy_int_u, de_dz_int, de_dz_int_l, de_dz_int_u, &
144                diss_int, diss_int_l, diss_int_u, distance, dt_gap,            &
145                dt_particle, dt_particle_m, d_radius, d_sum, e_a, e_int,       &
146                e_int_l, e_int_u, e_mean_int, e_s, exp_arg, exp_term, fs_int,  &
147                gg,lagr_timescale, mean_r, new_r, p_int, pt_int, pt_int_l,     &
148                pt_int_u, q_int, q_int_l, q_int_u, ql_int, ql_int_l, ql_int_u, &
149                random_gauss, sl_r3, sl_r4, t_int, u_int, u_int_l, u_int_u,    &
150                vv_int, v_int, v_int_l, v_int_u, w_int, w_int_l, w_int_u,      &
151                x, y
152
153    REAL, DIMENSION(1:30) ::  de_dxi, de_dyi, de_dzi, dissi, d_gp_pl, ei
154
155    REAL    ::  location(1:30,1:3)
156
157    REAL, DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  de_dx, de_dy, de_dz
158
159    REAL, DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  trlpt, trnpt, trrpt, trspt
160
161    TYPE(particle_type) ::  tmp_particle
162
163    TYPE(particle_type), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  trlp, trnp, trrp, trsp
164
165
166    CALL cpu_log( log_point(25), 'advec_particles', 'start' )
167
168!    IF ( number_of_particles /= number_of_tails )  THEN
169!       WRITE (9,*) '--- advec_particles: #1'
170!       WRITE (9,*) '    #of p=',number_of_particles,' #of t=',number_of_tails
171!       CALL local_flush( 9 )
172!    ENDIF
173!
174!-- Write particle data on file for later analysis.
175!-- This has to be done here (before particles are advected) in order
176!-- to allow correct output in case of dt_write_particle_data = dt_prel =
177!-- particle_maximum_age. Otherwise (if output is done at the end of this
178!-- subroutine), the relevant particles would have been already deleted.
179!-- The MOD function allows for changes in the output interval with restart
180!-- runs.
181!-- Attention: change version number for unit 85 (in routine check_open)
182!--            whenever the output format for this unit is changed!
183    time_write_particle_data = time_write_particle_data + dt_3d
184    IF ( time_write_particle_data >= dt_write_particle_data )  THEN
185
186       CALL cpu_log( log_point_s(40), 'advec_part_io', 'start' )
187       CALL check_open( 85 )
188       WRITE ( 85 )  simulated_time, maximum_number_of_particles, &
189                     number_of_particles
190       WRITE ( 85 )  particles
191       WRITE ( 85 )  maximum_number_of_tailpoints, maximum_number_of_tails, &
192                     number_of_tails
193       IF ( maximum_number_of_tails > 0 )  THEN
194          WRITE ( 85 )  particle_tail_coordinates
195       ENDIF
196       CALL close_file( 85 )
197
198       IF ( netcdf_output )  CALL output_particles_netcdf
199
200       time_write_particle_data = MOD( time_write_particle_data, &
201                                  MAX( dt_write_particle_data, dt_3d ) )
202       CALL cpu_log( log_point_s(40), 'advec_part_io', 'stop' )
203    ENDIF
204
205!
206!--    Initialize variables for the (sub-) timestep, i.e. for
207!--    marking those particles to be deleted after the timestep
208       particle_mask     = .TRUE.
209       deleted_particles = 0
210       trlp_count_recv   = 0
211       trnp_count_recv   = 0
212       trrp_count_recv   = 0
213       trsp_count_recv   = 0
214       trlpt_count_recv  = 0
215       trnpt_count_recv  = 0
216       trrpt_count_recv  = 0
217       trspt_count_recv  = 0
218       IF ( use_particle_tails )  THEN
219          tail_mask     = .TRUE.
220       ENDIF
221       deleted_tails = 0
222
223!
224!-- Calculate exponential term used in case of particle inertia for each
225!-- of the particle groups
226    CALL cpu_log( log_point_s(41), 'advec_part_exp', 'start' )
227    DO  m = 1, number_of_particle_groups
228       IF ( particle_groups(m)%density_ratio /= 0.0 )  THEN
229          particle_groups(m)%exp_arg  =                                        &
230                    4.5 * particle_groups(m)%density_ratio *                   &
231                    molecular_viscosity / ( particle_groups(m)%radius )**2
232          particle_groups(m)%exp_term = EXP( -particle_groups(m)%exp_arg * &
233                                             dt_3d )
234       ENDIF
235    ENDDO
236    CALL cpu_log( log_point_s(41), 'advec_part_exp', 'stop' )
237
238!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##0.3'
239!    CALL local_flush( 9 )
240!    nd = 0
241!    DO  n = 1, number_of_particles
242!       IF ( .NOT. particle_mask(n) )  nd = nd + 1
243!    ENDDO
244!    IF ( nd /= deleted_particles ) THEN
245!       WRITE (9,*) '*** nd=',nd,' deleted_particles=',deleted_particles
246!       CALL local_flush( 9 )
247!       CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
248!    ENDIF
249
250!
251!-- Particle (droplet) growth by condensation/evaporation and collision
252    IF ( cloud_droplets )  THEN
253
254!
255!--    Reset summation arrays
256       ql_c = 0.0;  ql_v = 0.0;  ql_vp = 0.0
257       delta_r=0.0;  delta_v=0.0
258
259!
260!--    Particle growth by condensation/evaporation
261       CALL cpu_log( log_point_s(42), 'advec_part_cond', 'start' )
262       DO  n = 1, number_of_particles
263!
264!--       Interpolate temperature and humidity.
265!--       First determine left, south, and bottom index of the arrays.
266          i = particles(n)%x * ddx
267          j = particles(n)%y * ddy
268          k = ( particles(n)%z + 0.5 * dz * atmos_ocean_sign ) / dz  &
269              + offset_ocean_nzt                     ! only exact if equidistant
270
271          x  = particles(n)%x - i * dx
272          y  = particles(n)%y - j * dy
273          aa = x**2          + y**2
274          bb = ( dx - x )**2 + y**2
275          cc = x**2          + ( dy - y )**2
276          dd = ( dx - x )**2 + ( dy - y )**2
277          gg = aa + bb + cc + dd
278
279          pt_int_l = ( ( gg - aa ) * pt(k,j,i)   + ( gg - bb ) * pt(k,j,i+1)   &
280                     + ( gg - cc ) * pt(k,j+1,i) + ( gg - dd ) * pt(k,j+1,i+1) &
281                     ) / ( 3.0 * gg )
282
283          pt_int_u = ( ( gg-aa ) * pt(k+1,j,i)   + ( gg-bb ) * pt(k+1,j,i+1)   &
284                     + ( gg-cc ) * pt(k+1,j+1,i) + ( gg-dd ) * pt(k+1,j+1,i+1) &
285                     ) / ( 3.0 * gg )
286
287          pt_int = pt_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * &
288                              ( pt_int_u - pt_int_l )
289
290          q_int_l = ( ( gg - aa ) * q(k,j,i)   + ( gg - bb ) * q(k,j,i+1)   &
291                    + ( gg - cc ) * q(k,j+1,i) + ( gg - dd ) * q(k,j+1,i+1) &
292                    ) / ( 3.0 * gg )
293
294          q_int_u = ( ( gg-aa ) * q(k+1,j,i)   + ( gg-bb ) * q(k+1,j,i+1)   &
295                    + ( gg-cc ) * q(k+1,j+1,i) + ( gg-dd ) * q(k+1,j+1,i+1) &
296                    ) / ( 3.0 * gg )
297
298          q_int = q_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * &
299                              ( q_int_u - q_int_l )
300
301          ql_int_l = ( ( gg - aa ) * ql(k,j,i)   + ( gg - bb ) * ql(k,j,i+1)   &
302                     + ( gg - cc ) * ql(k,j+1,i) + ( gg - dd ) * ql(k,j+1,i+1) &
303                     ) / ( 3.0 * gg )
304
305          ql_int_u = ( ( gg-aa ) * ql(k+1,j,i)   + ( gg-bb ) * ql(k+1,j,i+1)   &
306                     + ( gg-cc ) * ql(k+1,j+1,i) + ( gg-dd ) * ql(k+1,j+1,i+1) &
307                     ) / ( 3.0 * gg )
308
309          ql_int = ql_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * &
310                                ( ql_int_u - ql_int_l )
311
312!
313!--       Calculate real temperature and saturation vapor pressure
314          p_int = hyp(k) + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * ( hyp(k+1)-hyp(k) )
315          t_int = pt_int * ( p_int / 100000.0 )**0.286
316
317          e_s = 611.0 * EXP( l_d_rv * ( 3.6609E-3 - 1.0 / t_int ) )
318
319!
320!--       Current vapor pressure
321          e_a = q_int * p_int / ( 0.378 * q_int + 0.622 )
322
323!
324!--       Change in radius by condensation/evaporation
325!--       ATTENTION: this is only an approximation for large radii
326          arg = particles(n)%radius**2 + 2.0 * dt_3d *                     &
327                        ( e_a / e_s - 1.0 ) /                              &
328                        ( ( l_d_rv / t_int - 1.0 ) * l_v * rho_l / t_int / &
329                          thermal_conductivity_l +                         &
330                          rho_l * r_v * t_int / diff_coeff_l / e_s )
331          IF ( arg < 1.0E-14 )  THEN
332             new_r = 1.0E-7
333          ELSE
334             new_r = SQRT( arg )
335          ENDIF
336
337          delta_r = new_r - particles(n)%radius
338
339! NOTE: this is the correct formula (indipendent of radius).
340!       nevertheless, it give wrong results for large timesteps
341!          d_radius =  1.0 / particles(n)%radius
342!          delta_r = d_radius * ( e_a / e_s - 1.0 - 3.3E-7 / t_int * d_radius + &
343!                                 b_cond * d_radius**3 ) /                      &
344!                    ( ( l_d_rv / t_int - 1.0 ) * l_v * rho_l / t_int /         &
345!                      thermal_conductivity_l +                                 &
346!                      rho_l * r_v * t_int / diff_coeff_l / e_s ) * dt_3d
347
348!          new_r = particles(n)%radius + delta_r
349!          IF ( new_r < 1.0E-7 )  new_r = 1.0E-7
350
351!
352!--       Sum up the change in volume of liquid water for the respective grid
353!--       volume (this is needed later on for calculating the release of
354!--       latent heat)
355          i = ( particles(n)%x + 0.5 * dx ) * ddx
356          j = ( particles(n)%y + 0.5 * dy ) * ddy
357          k = particles(n)%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt_m1
358              ! only exact if equidistant
359
360          ql_c(k,j,i) = ql_c(k,j,i) + particles(n)%weight_factor *            &
361                                      rho_l * 1.33333333 * pi *               &
362                                      ( new_r**3 - particles(n)%radius**3 ) / &
363                                      ( rho_surface * dx * dy * dz )
364          IF ( ql_c(k,j,i) > 100.0 )  THEN
365             WRITE( message_string, * ) 'k=',k,' j=',j,' i=',i,      &
366                          ' ql_c=',ql_c(k,j,i), ' &part(',n,')%wf=', &
367                          particles(n)%weight_factor,' delta_r=',delta_r
368             CALL message( 'advec_particles', 'PA0143', 2, 2, -1, 6, 1 )
369          ENDIF
370
371!
372!--       Change the droplet radius
373          IF ( ( new_r - particles(n)%radius ) < 0.0  .AND.  new_r < 0.0 ) &
374          THEN
375             WRITE( message_string, * ) '#1 k=',k,' j=',j,' i=',i,   &
376                          ' e_s=',e_s, ' e_a=',e_a,' t_int=',t_int,  &
377                          ' &d_radius=',d_radius,' delta_r=',delta_r,&
378                          ' particle_radius=',particles(n)%radius
379             CALL message( 'advec_particles', 'PA0144', 2, 2, -1, 6, 1 )
380          ENDIF
381          particles(n)%radius = new_r
382
383!
384!--       Sum up the total volume of liquid water (needed below for
385!--       re-calculating the weighting factors)
386          ql_v(k,j,i) = ql_v(k,j,i) + particles(n)%weight_factor *             &
387                                      particles(n)%radius**3
388       ENDDO
389       CALL cpu_log( log_point_s(42), 'advec_part_cond', 'stop' )
390
391!
392!--    Particle growth by collision
393       CALL cpu_log( log_point_s(43), 'advec_part_coll', 'start' )
394
395       DO  i = nxl, nxr
396          DO  j = nys, nyn
397             DO  k = nzb+1, nzt
398!
399!--             Collision requires at least two particles in the box
400                IF ( prt_count(k,j,i) > 1 )  THEN
401!
402!--                First, sort particles within the gridbox by their size,
403!--                using Shell's method (see Numerical Recipes)
404!--                NOTE: In case of using particle tails, the re-sorting of
405!--                ----  tails would have to be included here!
406                   psi = prt_start_index(k,j,i) - 1
407                   inc = 1
408                   DO WHILE ( inc <= prt_count(k,j,i) )
409                      inc = 3 * inc + 1
410                   ENDDO
411
412                   DO WHILE ( inc > 1 )
413                      inc = inc / 3
414                      DO  is = inc+1, prt_count(k,j,i)
415                         tmp_particle = particles(psi+is)
416                         js = is
417                         DO WHILE ( particles(psi+js-inc)%radius >             &
418                                    tmp_particle%radius )
419                            particles(psi+js) = particles(psi+js-inc)
420                            js = js - inc
421                            IF ( js <= inc )  EXIT
422                         ENDDO
423                         particles(psi+js) = tmp_particle
424                      ENDDO
425                   ENDDO
426
427!
428!--                Calculate the mean radius of all those particles which
429!--                are of smaller size than the current particle
430!--                and use this radius for calculating the collision efficiency
431                   psi = prt_start_index(k,j,i)
432
433                   DO  n = psi+prt_count(k,j,i)-1, psi+1, -1
434                      sl_r3 = 0.0
435                      sl_r4 = 0.0
436
437                      DO is = n-1, psi, -1
438                         IF ( particles(is)%radius < particles(n)%radius ) THEN
439                            sl_r3 = sl_r3 + particles(is)%weight_factor        &
440                                          *( particles(is)%radius**3 )
441                            sl_r4 = sl_r4 + particles(is)%weight_factor        &
442                                          *( particles(is)%radius**4 )
443                         ENDIF
444                      ENDDO
445
446                      IF ( ( sl_r3 ) > 0.0 )  THEN
447                         mean_r = ( sl_r4 ) / ( sl_r3 )
448
449                         CALL collision_efficiency( mean_r,                    &
450                                                    particles(n)%radius,       &
451                                                    effective_coll_efficiency )
452
453                      ELSE
454                         effective_coll_efficiency = 0.0
455                      ENDIF
456
457                      IF ( effective_coll_efficiency > 1.0  .OR.               &
458                           effective_coll_efficiency < 0.0 )                   &
459                      THEN
460                         WRITE( message_string, * )  'collision_efficiency ' , &
461                                   'out of range:' ,effective_coll_efficiency
462                         CALL message( 'advec_particles', 'PA0145', 2, 2, -1,  &
463                                       6, 1 )
464                      ENDIF
465
466!
467!--                   Interpolation of ...
468                      ii = particles(n)%x * ddx
469                      jj = particles(n)%y * ddy
470                      kk = ( particles(n)%z + 0.5 * dz ) / dz
471
472                      x  = particles(n)%x - ii * dx
473                      y  = particles(n)%y - jj * dy
474                      aa = x**2          + y**2
475                      bb = ( dx - x )**2 + y**2
476                      cc = x**2          + ( dy - y )**2
477                      dd = ( dx - x )**2 + ( dy - y )**2
478                      gg = aa + bb + cc + dd
479
480                      ql_int_l = ( ( gg-aa ) * ql(kk,jj,ii)   + ( gg-bb ) *    &
481                                                              ql(kk,jj,ii+1)   &
482                                 + ( gg-cc ) * ql(kk,jj+1,ii) + ( gg-dd ) *    &
483                                                              ql(kk,jj+1,ii+1) &
484                                 ) / ( 3.0 * gg )
485
486                      ql_int_u = ( ( gg-aa ) * ql(kk+1,jj,ii)   + ( gg-bb ) *  &
487                                                            ql(kk+1,jj,ii+1)   &
488                                 + ( gg-cc ) * ql(kk+1,jj+1,ii) + ( gg-dd ) *  &
489                                                            ql(kk+1,jj+1,ii+1) &
490                                 ) / ( 3.0 * gg )
491
492                      ql_int = ql_int_l + ( particles(n)%z - zu(kk) ) / dz *   &
493                                          ( ql_int_u - ql_int_l )
494
495!
496!--                   Interpolate u velocity-component
497                      ii = ( particles(n)%x + 0.5 * dx ) * ddx
498                      jj =   particles(n)%y * ddy
499                      kk = ( particles(n)%z + 0.5 * dz ) / dz  ! only if eq.dist
500
501                      IF ( ( particles(n)%z - zu(kk) ) > ( 0.5*dz ) )  kk = kk+1
502
503                      x  = particles(n)%x + ( 0.5 - ii ) * dx
504                      y  = particles(n)%y - jj * dy
505                      aa = x**2          + y**2
506                      bb = ( dx - x )**2 + y**2
507                      cc = x**2          + ( dy - y )**2
508                      dd = ( dx - x )**2 + ( dy - y )**2
509                      gg = aa + bb + cc + dd
510
511                      u_int_l = ( ( gg-aa ) * u(kk,jj,ii)   + ( gg-bb ) *      &
512                                                              u(kk,jj,ii+1)    &
513                                + ( gg-cc ) * u(kk,jj+1,ii) + ( gg-dd ) *      &
514                                                              u(kk,jj+1,ii+1)  &
515                                ) / ( 3.0 * gg ) - u_gtrans
516                      IF ( kk+1 == nzt+1 )  THEN
517                         u_int = u_int_l
518                      ELSE
519                         u_int_u = ( ( gg-aa ) * u(kk+1,jj,ii)   + ( gg-bb ) * &
520                                                             u(kk+1,jj,ii+1)   &
521                                   + ( gg-cc ) * u(kk+1,jj+1,ii) + ( gg-dd ) * &
522                                                             u(kk+1,jj+1,ii+1) &
523                                   ) / ( 3.0 * gg ) - u_gtrans
524                         u_int = u_int_l + ( particles(n)%z - zu(kk) ) / dz *  &
525                                           ( u_int_u - u_int_l )
526                      ENDIF
527
528!
529!--                   Same procedure for interpolation of the v velocity-compo-
530!--                   nent (adopt index k from u velocity-component)
531                      ii =   particles(n)%x * ddx
532                      jj = ( particles(n)%y + 0.5 * dy ) * ddy
533
534                      x  = particles(n)%x - ii * dx
535                      y  = particles(n)%y + ( 0.5 - jj ) * dy
536                      aa = x**2          + y**2
537                      bb = ( dx - x )**2 + y**2
538                      cc = x**2          + ( dy - y )**2
539                      dd = ( dx - x )**2 + ( dy - y )**2
540                      gg = aa + bb + cc + dd
541
542                      v_int_l = ( ( gg-aa ) * v(kk,jj,ii)   + ( gg-bb ) *      &
543                                                               v(kk,jj,ii+1)   &
544                                + ( gg-cc ) * v(kk,jj+1,ii) + ( gg-dd ) *      &
545                                                               v(kk,jj+1,ii+1) &
546                                ) / ( 3.0 * gg ) - v_gtrans
547                      IF ( kk+1 == nzt+1 )  THEN
548                         v_int = v_int_l
549                      ELSE
550                         v_int_u = ( ( gg-aa ) * v(kk+1,jj,ii)   + ( gg-bb ) * &
551                                                               v(kk+1,jj,ii+1) &
552                                   + ( gg-cc ) * v(kk+1,jj+1,ii) + ( gg-dd ) * &
553                                                             v(kk+1,jj+1,ii+1) &
554                                ) / ( 3.0 * gg ) - v_gtrans
555                         v_int = v_int_l + ( particles(n)%z - zu(kk) ) / dz * &
556                                           ( v_int_u - v_int_l )
557                      ENDIF
558
559!
560!--                   Same procedure for interpolation of the w velocity-compo-
561!--                   nent (adopt index i from v velocity-component)
562                      jj = particles(n)%y * ddy
563                      kk = particles(n)%z / dz
564
565                      x  = particles(n)%x - ii * dx
566                      y  = particles(n)%y - jj * dy
567                      aa = x**2          + y**2
568                      bb = ( dx - x )**2 + y**2
569                      cc = x**2          + ( dy - y )**2
570                      dd = ( dx - x )**2 + ( dy - y )**2
571                      gg = aa + bb + cc + dd
572
573                      w_int_l = ( ( gg-aa ) * w(kk,jj,ii)   + ( gg-bb ) *      &
574                                                                 w(kk,jj,ii+1) &
575                                + ( gg-cc ) * w(kk,jj+1,ii) + ( gg-dd ) *      &
576                                                               w(kk,jj+1,ii+1) &
577                                ) / ( 3.0 * gg )
578                      IF ( kk+1 == nzt+1 )  THEN
579                         w_int = w_int_l
580                      ELSE
581                         w_int_u = ( ( gg-aa ) * w(kk+1,jj,ii)   + ( gg-bb ) * &
582                                                               w(kk+1,jj,ii+1) &
583                                   + ( gg-cc ) * w(kk+1,jj+1,ii) + ( gg-dd ) * &
584                                                             w(kk+1,jj+1,ii+1) &
585                                   ) / ( 3.0 * gg )
586                         w_int = w_int_l + ( particles(n)%z - zw(kk) ) / dz * &
587                                           ( w_int_u - w_int_l )
588                      ENDIF
589
590!
591!--                Change in radius due to collision
592                      delta_r = effective_coll_efficiency / 3.0                &
593                                * pi * sl_r3 * ddx * ddy / dz                  &
594                                * SQRT( ( u_int - particles(n)%speed_x )**2    &
595                                      + ( v_int - particles(n)%speed_y )**2    &
596                                      + ( w_int - particles(n)%speed_z )**2    &
597                                      ) * dt_3d
598!
599!--                Change in volume due to collision
600                      delta_v = particles(n)%weight_factor                     &
601                                * ( ( particles(n)%radius + delta_r )**3       &
602                                    - particles(n)%radius**3 )
603
604!
605!--                Check if collected particles provide enough LWC for volume
606!--                change of collector particle
607                      IF ( delta_v >= sl_r3 .and. sl_r3 > 0.0 ) THEN
608
609                         delta_r = ( ( sl_r3/particles(n)%weight_factor )      &
610                                     + particles(n)%radius**3 )**( 1./3. )     &
611                                     - particles(n)%radius
612
613                         DO is = n-1, psi, -1
614                            IF ( particles(is)%radius < particles(n)%radius )  &
615                            THEN
616                                 particles(is)%weight_factor = 0.0
617                                 particle_mask(is)  = .FALSE.
618                                 deleted_particles = deleted_particles + 1
619                            ENDIF
620                         ENDDO
621
622                      ELSE IF ( delta_v < sl_r3 .and. sl_r3 > 0.0 ) THEN
623
624                         DO is = n-1, psi, -1
625                            IF ( particles(is)%radius < particles(n)%radius    &
626                                 .and. sl_r3 > 0.0 ) THEN
627                                 particles(is)%weight_factor =                 &
628                                               ( ( particles(is)%weight_factor &
629                                               * ( particles(is)%radius**3 ) ) &
630                                               - ( delta_v                     &
631                                               * particles(is)%weight_factor   &
632                                               * ( particles(is)%radius**3 )   &
633                                               / sl_r3 ) )                     &
634                                               / ( particles(is)%radius**3 )
635
636                               IF (particles(is)%weight_factor < 0.0) THEN
637                                  WRITE( message_string, * ) 'negative ',      &
638                                                     'weighting factor: ',     &
639                                                     particles(is)%weight_factor
640                                  CALL message( 'advec_particles', '', 2, 2,   &
641                                                -1, 6, 1 )
642                               ENDIF
643                            ENDIF
644                         ENDDO
645                      ENDIF
646
647                      particles(n)%radius = particles(n)%radius + delta_r
648                      ql_vp(k,j,i) = ql_vp(k,j,i) + particles(n)%weight_factor &
649                                      *( particles(n)%radius**3 )
650                   ENDDO
651
652                   ql_vp(k,j,i) = ql_vp(k,j,i) + particles(psi)%weight_factor  &
653                                  *( particles(psi)%radius**3 )
654
655                ELSE IF ( prt_count(k,j,i) == 1 )  THEN
656                   psi = prt_start_index(k,j,i)
657                   ql_vp(k,j,i) =  particles(psi)%weight_factor                &
658                                  *( particles(psi)%radius**3 )
659                ENDIF
660!
661!--            Check if condensation of LWC was conserved
662!--            during collision process
663                IF (ql_v(k,j,i) /= 0.0 ) THEN
664                   IF (ql_vp(k,j,i)/ql_v(k,j,i) >= 1.00001 .or.                &
665                       ql_vp(k,j,i)/ql_v(k,j,i) <= 0.99999  ) THEN
666                      WRITE( message_string, * ) 'LWC is not conserved during',&
667                                                 ' collision! ',               &
668                                                 'LWC after condensation: ',   &
669                                                 ql_v(k,j,i),                  &
670                                                 ' LWC after collision: ',     &
671                                                 ql_vp(k,j,i)
672                      CALL message( 'advec_particles', '', 2, 2, -1, 6, 1 )
673                   ENDIF
674                ENDIF
675
676             ENDDO
677          ENDDO
678       ENDDO
679
680       CALL cpu_log( log_point_s(43), 'advec_part_coll', 'stop' )
681
682    ENDIF
683
684
685!
686!-- Particle advection.
687!-- In case of including the SGS velocities, the LES timestep has probably
688!-- to be split into several smaller timesteps because of the Lagrangian
689!-- timescale condition. Because the number of timesteps to be carried out is
690!-- not known at the beginning, these steps are carried out in an infinite loop
691!-- with exit condition.
692!
693!-- If SGS velocities are used, gradients of the TKE have to be calculated and
694!-- boundary conditions have to be set first. Also, horizontally averaged
695!-- profiles of the SGS TKE and the resolved-scale velocity variances are
696!-- needed.
697    IF ( use_sgs_for_particles )  THEN
698
699!
700!--    TKE gradient along x and y
701       DO  i = nxl, nxr
702          DO  j = nys, nyn
703             DO  k = nzb, nzt+1
704
705                IF ( k <= nzb_s_inner(j,i-1)  .AND.  &
706                     k  > nzb_s_inner(j,i)    .AND.  &
707                     k  > nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
708                   de_dx(k,j,i) = 2.0 * sgs_wfu_part * &
709                                  ( e(k,j,i+1) - e(k,j,i) ) * ddx
710                ELSEIF ( k  > nzb_s_inner(j,i-1)  .AND.  &
711                         k  > nzb_s_inner(j,i)    .AND.  &
712                         k <= nzb_s_inner(j,i+1) )  THEN
713                   de_dx(k,j,i) = 2.0 * sgs_wfu_part * &
714                                  ( e(k,j,i) - e(k,j,i-1) ) * ddx
715                ELSEIF ( k < nzb_s_inner(j,i)  .AND.  k < nzb_s_inner(j,i+1) ) &
716                THEN
717                   de_dx(k,j,i) = 0.0
718                ELSEIF ( k < nzb_s_inner(j,i-1)  .AND.  k < nzb_s_inner(j,i) ) &
719                THEN
720                   de_dx(k,j,i) = 0.0
721                ELSE
722                   de_dx(k,j,i) = sgs_wfu_part * &
723                                  ( e(k,j,i+1) - e(k,j,i-1) ) * ddx
724                ENDIF
725
726                IF ( k <= nzb_s_inner(j-1,i)  .AND.  &
727                     k  > nzb_s_inner(j,i)    .AND.  &
728                     k  > nzb_s_inner(j+1,i) )  THEN
729                   de_dy(k,j,i) = 2.0 * sgs_wfv_part * &
730                                  ( e(k,j+1,i) - e(k,j,i) ) * ddy
731                ELSEIF ( k  > nzb_s_inner(j-1,i)  .AND.  &
732                         k  > nzb_s_inner(j,i)    .AND.  &
733                         k <= nzb_s_inner(j+1,i) )  THEN
734                   de_dy(k,j,i) = 2.0 * sgs_wfv_part * &
735                                  ( e(k,j,i) - e(k,j-1,i) ) * ddy
736                ELSEIF ( k < nzb_s_inner(j,i)  .AND.  k < nzb_s_inner(j+1,i) ) &
737                THEN
738                   de_dy(k,j,i) = 0.0
739                ELSEIF ( k < nzb_s_inner(j-1,i)  .AND.  k < nzb_s_inner(j,i) ) &
740                THEN
741                   de_dy(k,j,i) = 0.0
742                ELSE
743                   de_dy(k,j,i) = sgs_wfv_part * &
744                                  ( e(k,j+1,i) - e(k,j-1,i) ) * ddy
745                ENDIF
746
747             ENDDO
748          ENDDO
749       ENDDO
750
751!
752!--    TKE gradient along z, including bottom and top boundary conditions
753       DO  i = nxl, nxr
754          DO  j = nys, nyn
755
756             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+2, nzt-1
757                de_dz(k,j,i) = 2.0 * sgs_wfw_part * &
758                               ( e(k+1,j,i) - e(k-1,j,i) ) / ( zu(k+1)-zu(k-1) )
759             ENDDO
760
761             k = nzb_s_inner(j,i)
762             de_dz(nzb:k,j,i)   = 0.0
763             de_dz(k+1,j,i) = 2.0 * sgs_wfw_part * ( e(k+2,j,i) - e(k+1,j,i) ) &
764                                                 / ( zu(k+2) - zu(k+1) )
765             de_dz(nzt,j,i)   = 0.0
766             de_dz(nzt+1,j,i) = 0.0
767          ENDDO
768       ENDDO
769
770!
771!--    Lateral boundary conditions
772       CALL exchange_horiz( de_dx, nbgp )
773       CALL exchange_horiz( de_dy, nbgp )
774       CALL exchange_horiz( de_dz, nbgp )
775       CALL exchange_horiz( diss, nbgp  )
776
777!
778!--    Calculate the horizontally averaged profiles of SGS TKE and resolved
779!--    velocity variances (they may have been already calculated in routine
780!--    flow_statistics).
781       IF ( .NOT. flow_statistics_called )  THEN
782!
783!--       First calculate horizontally averaged profiles of the horizontal
784!--       velocities.
785          sums_l(:,1,0) = 0.0
786          sums_l(:,2,0) = 0.0
787
788          DO  i = nxl, nxr
789             DO  j =  nys, nyn
790                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nzt+1
791                   sums_l(k,1,0)  = sums_l(k,1,0)  + u(k,j,i)
792                   sums_l(k,2,0)  = sums_l(k,2,0)  + v(k,j,i)
793                ENDDO
794             ENDDO
795          ENDDO
796
797#if defined( __parallel )
798!
799!--       Compute total sum from local sums
800          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
801          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,1,0), sums(nzb,1), nzt+2-nzb, &
802                              MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
803          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
804          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,2,0), sums(nzb,2), nzt+2-nzb, &
805                              MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
806#else
807                   sums(:,1) = sums_l(:,1,0)
808                   sums(:,2) = sums_l(:,2,0)
809#endif
810
811!
812!--       Final values are obtained by division by the total number of grid
813!--       points used for the summation.
814          hom(:,1,1,0) = sums(:,1) / ngp_2dh_outer(:,0)   ! u
815          hom(:,1,2,0) = sums(:,2) / ngp_2dh_outer(:,0)   ! v
816
817!
818!--       Now calculate the profiles of SGS TKE and the resolved-scale
819!--       velocity variances
820          sums_l(:,8,0)  = 0.0
821          sums_l(:,30,0) = 0.0
822          sums_l(:,31,0) = 0.0
823          sums_l(:,32,0) = 0.0
824          DO  i = nxl, nxr
825             DO  j = nys, nyn
826                DO  k = nzb_s_outer(j,i), nzt+1
827                   sums_l(k,8,0)  = sums_l(k,8,0)  + e(k,j,i)
828                   sums_l(k,30,0) = sums_l(k,30,0) + &
829                                    ( u(k,j,i) - hom(k,1,1,0) )**2
830                   sums_l(k,31,0) = sums_l(k,31,0) + &
831                                    ( v(k,j,i) - hom(k,1,2,0) )**2
832                   sums_l(k,32,0) = sums_l(k,32,0) + w(k,j,i)**2
833                ENDDO
834             ENDDO
835          ENDDO
836
837#if defined( __parallel )
838!
839!--       Compute total sum from local sums
840          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
841          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,8,0), sums(nzb,8), nzt+2-nzb, &
842                              MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
843          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
844          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,30,0), sums(nzb,30), nzt+2-nzb, &
845                              MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
846          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
847          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,31,0), sums(nzb,31), nzt+2-nzb, &
848                              MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
849          IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
850          CALL MPI_ALLREDUCE( sums_l(nzb,32,0), sums(nzb,32), nzt+2-nzb, &
851                              MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
852
853#else
854          sums(:,8)  = sums_l(:,8,0)
855          sums(:,30) = sums_l(:,30,0)
856          sums(:,31) = sums_l(:,31,0)
857          sums(:,32) = sums_l(:,32,0)
858#endif
859
860!
861!--       Final values are obtained by division by the total number of grid
862!--       points used for the summation.
863          hom(:,1,8,0)  = sums(:,8)  / ngp_2dh_outer(:,0)   ! e
864          hom(:,1,30,0) = sums(:,30) / ngp_2dh_outer(:,0)   ! u*2
865          hom(:,1,31,0) = sums(:,31) / ngp_2dh_outer(:,0)   ! v*2
866          hom(:,1,32,0) = sums(:,32) / ngp_2dh_outer(:,0)   ! w*2
867
868       ENDIF
869
870    ENDIF
871
872!
873!-- Initialize variables used for accumulating the number of particles
874!-- exchanged between the subdomains during all sub-timesteps (if sgs
875!-- velocities are included). These data are output further below on the
876!-- particle statistics file.
877    trlp_count_sum      = 0
878    trlp_count_recv_sum = 0
879    trrp_count_sum      = 0
880    trrp_count_recv_sum = 0
881    trsp_count_sum      = 0
882    trsp_count_recv_sum = 0
883    trnp_count_sum      = 0
884    trnp_count_recv_sum = 0
885
886!
887!-- Initialize the variable storing the total time that a particle has advanced
888!-- within the timestep procedure
889    particles(1:number_of_particles)%dt_sum = 0.0
890
891!
892!-- Timestep loop.
893!-- This loop has to be repeated until the advection time of every particle
894!-- (in the total domain!) has reached the LES timestep (dt_3d)
895    DO
896
897       CALL cpu_log( log_point_s(44), 'advec_part_advec', 'start' )
898
899!
900!--    Initialize the switch used for the loop exit condition checked at the
901!--    end of this loop.
902!--    If at least one particle has failed to reach the LES timestep, this
903!--    switch will be set false.
904       dt_3d_reached_l = .TRUE.
905
906       DO  n = 1, number_of_particles
907!
908!--       Move particles only if the LES timestep has not (approximately) been
909!--       reached
910          IF ( ( dt_3d - particles(n)%dt_sum ) < 1E-8 )  CYCLE
911
912!
913!--       Interpolate u velocity-component, determine left, front, bottom
914!--       index of u-array
915          i = ( particles(n)%x + 0.5 * dx ) * ddx
916          j =   particles(n)%y * ddy
917          k = ( particles(n)%z + 0.5 * dz * atmos_ocean_sign ) / dz  &
918              + offset_ocean_nzt                     ! only exact if equidistant
919
920!
921!--       Interpolation of the velocity components in the xy-plane
922          x  = particles(n)%x + ( 0.5 - i ) * dx
923          y  = particles(n)%y - j * dy
924          aa = x**2          + y**2
925          bb = ( dx - x )**2 + y**2
926          cc = x**2          + ( dy - y )**2
927          dd = ( dx - x )**2 + ( dy - y )**2
928          gg = aa + bb + cc + dd
929
930          u_int_l = ( ( gg - aa ) * u(k,j,i)   + ( gg - bb ) * u(k,j,i+1)   &
931                    + ( gg - cc ) * u(k,j+1,i) + ( gg - dd ) * u(k,j+1,i+1) &
932                    ) / ( 3.0 * gg ) - u_gtrans
933          IF ( k+1 == nzt+1 )  THEN
934             u_int = u_int_l
935          ELSE
936             u_int_u = ( ( gg-aa ) * u(k+1,j,i)   + ( gg-bb ) * u(k+1,j,i+1) &
937                    + ( gg-cc ) * u(k+1,j+1,i) + ( gg-dd ) * u(k+1,j+1,i+1)  &
938                    ) / ( 3.0 * gg ) - u_gtrans
939             u_int = u_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * &
940                               ( u_int_u - u_int_l )
941          ENDIF
942
943!
944!--       Same procedure for interpolation of the v velocity-component (adopt
945!--       index k from u velocity-component)
946          i =   particles(n)%x * ddx
947          j = ( particles(n)%y + 0.5 * dy ) * ddy
948
949          x  = particles(n)%x - i * dx
950          y  = particles(n)%y + ( 0.5 - j ) * dy
951          aa = x**2          + y**2
952          bb = ( dx - x )**2 + y**2
953          cc = x**2          + ( dy - y )**2
954          dd = ( dx - x )**2 + ( dy - y )**2
955          gg = aa + bb + cc + dd
956
957          v_int_l = ( ( gg - aa ) * v(k,j,i)   + ( gg - bb ) * v(k,j,i+1)   &
958                    + ( gg - cc ) * v(k,j+1,i) + ( gg - dd ) * v(k,j+1,i+1) &
959                    ) / ( 3.0 * gg ) - v_gtrans
960          IF ( k+1 == nzt+1 )  THEN
961             v_int = v_int_l
962          ELSE
963             v_int_u = ( ( gg-aa ) * v(k+1,j,i)   + ( gg-bb ) * v(k+1,j,i+1) &
964                    + ( gg-cc ) * v(k+1,j+1,i) + ( gg-dd ) * v(k+1,j+1,i+1)  &
965                    ) / ( 3.0 * gg ) - v_gtrans
966             v_int = v_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * &
967                               ( v_int_u - v_int_l )
968          ENDIF
969
970!
971!--       Same procedure for interpolation of the w velocity-component (adopt
972!--       index i from v velocity-component)
973          IF ( vertical_particle_advection(particles(n)%group) )  THEN
974             j = particles(n)%y * ddy
975             k = particles(n)%z / dz + offset_ocean_nzt_m1
976
977             x  = particles(n)%x - i * dx
978             y  = particles(n)%y - j * dy
979             aa = x**2          + y**2
980             bb = ( dx - x )**2 + y**2
981             cc = x**2          + ( dy - y )**2
982             dd = ( dx - x )**2 + ( dy - y )**2
983             gg = aa + bb + cc + dd
984
985             w_int_l = ( ( gg - aa ) * w(k,j,i)   + ( gg - bb ) * w(k,j,i+1) &
986                    + ( gg - cc ) * w(k,j+1,i) + ( gg - dd ) * w(k,j+1,i+1)  &
987                       ) / ( 3.0 * gg )
988             IF ( k+1 == nzt+1 )  THEN
989                w_int = w_int_l
990             ELSE
991                w_int_u = ( ( gg-aa ) * w(k+1,j,i)   + &
992                            ( gg-bb ) * w(k+1,j,i+1) + &
993                            ( gg-cc ) * w(k+1,j+1,i) + &
994                            ( gg-dd ) * w(k+1,j+1,i+1) &
995                           ) / ( 3.0 * gg )
996                w_int = w_int_l + ( particles(n)%z - zw(k) ) / dz * &
997                                  ( w_int_u - w_int_l )
998             ENDIF
999          ELSE
1000             w_int = 0.0
1001          ENDIF
1002
1003!
1004!--       Interpolate and calculate quantities needed for calculating the SGS
1005!--       velocities
1006          IF ( use_sgs_for_particles )  THEN
1007!
1008!--          Interpolate TKE
1009             i = particles(n)%x * ddx
1010             j = particles(n)%y * ddy
1011             k = ( particles(n)%z + 0.5 * dz * atmos_ocean_sign ) / dz  &
1012                 + offset_ocean_nzt                      ! only exact if eq.dist
1013
1014             IF ( topography == 'flat' )  THEN
1015
1016                x  = particles(n)%x - i * dx
1017                y  = particles(n)%y - j * dy
1018                aa = x**2          + y**2
1019                bb = ( dx - x )**2 + y**2
1020                cc = x**2          + ( dy - y )**2
1021                dd = ( dx - x )**2 + ( dy - y )**2
1022                gg = aa + bb + cc + dd
1023
1024                e_int_l = ( ( gg-aa ) * e(k,j,i)   + ( gg-bb ) * e(k,j,i+1)   &
1025                          + ( gg-cc ) * e(k,j+1,i) + ( gg-dd ) * e(k,j+1,i+1) &
1026                          ) / ( 3.0 * gg )
1027
1028                IF ( k+1 == nzt+1 )  THEN
1029                   e_int = e_int_l
1030                ELSE
1031                   e_int_u = ( ( gg - aa ) * e(k+1,j,i)   + &
1032                               ( gg - bb ) * e(k+1,j,i+1) + &
1033                               ( gg - cc ) * e(k+1,j+1,i) + &
1034                               ( gg - dd ) * e(k+1,j+1,i+1) &
1035                             ) / ( 3.0 * gg )
1036                   e_int = e_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * &
1037                                     ( e_int_u - e_int_l )
1038                ENDIF
1039
1040!
1041!--             Interpolate the TKE gradient along x (adopt incides i,j,k and
1042!--             all position variables from above (TKE))
1043                de_dx_int_l = ( ( gg - aa ) * de_dx(k,j,i)   + &
1044                                ( gg - bb ) * de_dx(k,j,i+1) + &
1045                                ( gg - cc ) * de_dx(k,j+1,i) + &
1046                                ( gg - dd ) * de_dx(k,j+1,i+1) &
1047                              ) / ( 3.0 * gg )
1048
1049                IF ( ( k+1 == nzt+1 )  .OR.  ( k == nzb ) )  THEN
1050                   de_dx_int = de_dx_int_l
1051                ELSE
1052                   de_dx_int_u = ( ( gg - aa ) * de_dx(k+1,j,i)   + &
1053                                   ( gg - bb ) * de_dx(k+1,j,i+1) + &
1054                                   ( gg - cc ) * de_dx(k+1,j+1,i) + &
1055                                   ( gg - dd ) * de_dx(k+1,j+1,i+1) &
1056                                 ) / ( 3.0 * gg )
1057                   de_dx_int = de_dx_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * &
1058                                             ( de_dx_int_u - de_dx_int_l )
1059                ENDIF
1060
1061!
1062!--             Interpolate the TKE gradient along y
1063                de_dy_int_l = ( ( gg - aa ) * de_dy(k,j,i)   + &
1064                                ( gg - bb ) * de_dy(k,j,i+1) + &
1065                                ( gg - cc ) * de_dy(k,j+1,i) + &
1066                                ( gg - dd ) * de_dy(k,j+1,i+1) &
1067                              ) / ( 3.0 * gg )
1068                IF ( ( k+1 == nzt+1 )  .OR.  ( k == nzb ) )  THEN
1069                   de_dy_int = de_dy_int_l
1070                ELSE
1071                   de_dy_int_u = ( ( gg - aa ) * de_dy(k+1,j,i)   + &
1072                                   ( gg - bb ) * de_dy(k+1,j,i+1) + &
1073                                   ( gg - cc ) * de_dy(k+1,j+1,i) + &
1074                                   ( gg - dd ) * de_dy(k+1,j+1,i+1) &
1075                                 ) / ( 3.0 * gg )
1076                   de_dy_int = de_dy_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * &
1077                                             ( de_dy_int_u - de_dy_int_l )
1078                ENDIF
1079
1080!
1081!--             Interpolate the TKE gradient along z
1082                IF ( particles(n)%z < 0.5 * dz ) THEN
1083                   de_dz_int = 0.0
1084                ELSE
1085                   de_dz_int_l = ( ( gg - aa ) * de_dz(k,j,i)   + &
1086                                   ( gg - bb ) * de_dz(k,j,i+1) + &
1087                                   ( gg - cc ) * de_dz(k,j+1,i) + &
1088                                   ( gg - dd ) * de_dz(k,j+1,i+1) &
1089                                 ) / ( 3.0 * gg )
1090
1091                   IF ( ( k+1 == nzt+1 )  .OR.  ( k == nzb ) )  THEN
1092                      de_dz_int = de_dz_int_l
1093                   ELSE
1094                      de_dz_int_u = ( ( gg - aa ) * de_dz(k+1,j,i)   + &
1095                                      ( gg - bb ) * de_dz(k+1,j,i+1) + &
1096                                      ( gg - cc ) * de_dz(k+1,j+1,i) + &
1097                                      ( gg - dd ) * de_dz(k+1,j+1,i+1) &
1098                                    ) / ( 3.0 * gg )
1099                      de_dz_int = de_dz_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * &
1100                                                ( de_dz_int_u - de_dz_int_l )
1101                   ENDIF
1102                ENDIF
1103
1104!
1105!--             Interpolate the dissipation of TKE
1106                diss_int_l = ( ( gg - aa ) * diss(k,j,i)   + &
1107                               ( gg - bb ) * diss(k,j,i+1) + &
1108                               ( gg - cc ) * diss(k,j+1,i) + &
1109                               ( gg - dd ) * diss(k,j+1,i+1) &
1110                              ) / ( 3.0 * gg )
1111
1112                IF ( k+1 == nzt+1 )  THEN
1113                   diss_int = diss_int_l
1114                ELSE
1115                   diss_int_u = ( ( gg - aa ) * diss(k+1,j,i)   + &
1116                                  ( gg - bb ) * diss(k+1,j,i+1) + &
1117                                  ( gg - cc ) * diss(k+1,j+1,i) + &
1118                                  ( gg - dd ) * diss(k+1,j+1,i+1) &
1119                                 ) / ( 3.0 * gg )
1120                   diss_int = diss_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * &
1121                                           ( diss_int_u - diss_int_l )
1122                ENDIF
1123
1124             ELSE
1125
1126!
1127!--             In case that there are buildings it has to be determined
1128!--             how many of the gridpoints defining the particle box are
1129!--             situated within a building
1130!--             gp_outside_of_building(1): i,j,k
1131!--             gp_outside_of_building(2): i,j+1,k
1132!--             gp_outside_of_building(3): i,j,k+1
1133!--             gp_outside_of_building(4): i,j+1,k+1
1134!--             gp_outside_of_building(5): i+1,j,k
1135!--             gp_outside_of_building(6): i+1,j+1,k
1136!--             gp_outside_of_building(7): i+1,j,k+1
1137!--             gp_outside_of_building(8): i+1,j+1,k+1
1138
1139                gp_outside_of_building = 0
1140                location = 0.0
1141                num_gp = 0
1142
1143                IF ( k > nzb_s_inner(j,i)  .OR.  nzb_s_inner(j,i) == 0 )  THEN
1144                   num_gp = num_gp + 1
1145                   gp_outside_of_building(1) = 1
1146                   location(num_gp,1) = i * dx
1147                   location(num_gp,2) = j * dy
1148                   location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1149                   ei(num_gp)     = e(k,j,i)
1150                   dissi(num_gp)  = diss(k,j,i)
1151                   de_dxi(num_gp) = de_dx(k,j,i)
1152                   de_dyi(num_gp) = de_dy(k,j,i)
1153                   de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j,i)
1154                ENDIF
1155
1156                IF ( k > nzb_s_inner(j+1,i)  .OR.  nzb_s_inner(j+1,i) == 0 ) &
1157                THEN
1158                   num_gp = num_gp + 1
1159                   gp_outside_of_building(2) = 1
1160                   location(num_gp,1) = i * dx
1161                   location(num_gp,2) = (j+1) * dy
1162                   location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1163                   ei(num_gp)     = e(k,j+1,i)
1164                   dissi(num_gp)  = diss(k,j+1,i)
1165                   de_dxi(num_gp) = de_dx(k,j+1,i)
1166                   de_dyi(num_gp) = de_dy(k,j+1,i)
1167                   de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j+1,i)
1168                ENDIF
1169
1170                IF ( k+1 > nzb_s_inner(j,i)  .OR.  nzb_s_inner(j,i) == 0 )  THEN
1171                   num_gp = num_gp + 1
1172                   gp_outside_of_building(3) = 1
1173                   location(num_gp,1) = i * dx
1174                   location(num_gp,2) = j * dy
1175                   location(num_gp,3) = (k+1) * dz - 0.5 * dz
1176                   ei(num_gp)     = e(k+1,j,i)
1177                   dissi(num_gp)  = diss(k+1,j,i)
1178                   de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j,i)
1179                   de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j,i)
1180                   de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j,i)
1181                ENDIF
1182
1183                IF ( k+1 > nzb_s_inner(j+1,i)  .OR.  nzb_s_inner(j+1,i) == 0 ) &
1184                THEN
1185                   num_gp = num_gp + 1
1186                   gp_outside_of_building(4) = 1
1187                   location(num_gp,1) = i * dx
1188                   location(num_gp,2) = (j+1) * dy
1189                   location(num_gp,3) = (k+1) * dz - 0.5 * dz
1190                   ei(num_gp)     = e(k+1,j+1,i)
1191                   dissi(num_gp)  = diss(k+1,j+1,i)
1192                   de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j+1,i)
1193                   de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j+1,i)
1194                   de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j+1,i)
1195                ENDIF
1196 
1197                IF ( k > nzb_s_inner(j,i+1)  .OR.  nzb_s_inner(j,i+1) == 0 ) &
1198                THEN
1199                   num_gp = num_gp + 1
1200                   gp_outside_of_building(5) = 1
1201                   location(num_gp,1) = (i+1) * dx
1202                   location(num_gp,2) = j * dy
1203                   location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1204                   ei(num_gp)     = e(k,j,i+1)
1205                   dissi(num_gp)  = diss(k,j,i+1)
1206                   de_dxi(num_gp) = de_dx(k,j,i+1)
1207                   de_dyi(num_gp) = de_dy(k,j,i+1)
1208                   de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j,i+1)
1209                ENDIF
1210
1211                IF ( k > nzb_s_inner(j+1,i+1) .OR. nzb_s_inner(j+1,i+1) == 0 ) &
1212                THEN
1213                   num_gp = num_gp + 1
1214                   gp_outside_of_building(6) = 1
1215                   location(num_gp,1) = (i+1) * dx
1216                   location(num_gp,2) = (j+1) * dy
1217                   location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1218                   ei(num_gp)     = e(k,j+1,i+1)
1219                   dissi(num_gp)  = diss(k,j+1,i+1)
1220                   de_dxi(num_gp) = de_dx(k,j+1,i+1)
1221                   de_dyi(num_gp) = de_dy(k,j+1,i+1)
1222                   de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j+1,i+1)
1223                ENDIF
1224
1225                IF ( k+1 > nzb_s_inner(j,i+1)  .OR.  nzb_s_inner(j,i+1) == 0 ) &
1226                THEN
1227                   num_gp = num_gp + 1
1228                   gp_outside_of_building(7) = 1
1229                   location(num_gp,1) = (i+1) * dx
1230                   location(num_gp,2) = j * dy
1231                   location(num_gp,3) = (k+1) * dz - 0.5 * dz
1232                   ei(num_gp)     = e(k+1,j,i+1)
1233                   dissi(num_gp)  = diss(k+1,j,i+1)
1234                   de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j,i+1)
1235                   de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j,i+1)
1236                   de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j,i+1)
1237                ENDIF
1238
1239                IF ( k+1 > nzb_s_inner(j+1,i+1) .OR. nzb_s_inner(j+1,i+1) == 0)&
1240                THEN
1241                   num_gp = num_gp + 1
1242                   gp_outside_of_building(8) = 1
1243                   location(num_gp,1) = (i+1) * dx
1244                   location(num_gp,2) = (j+1) * dy
1245                   location(num_gp,3) = (k+1) * dz - 0.5 * dz
1246                   ei(num_gp)     = e(k+1,j+1,i+1)
1247                   dissi(num_gp)  = diss(k+1,j+1,i+1)
1248                   de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j+1,i+1)
1249                   de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j+1,i+1)
1250                   de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j+1,i+1)
1251                ENDIF
1252
1253!
1254!--             If all gridpoints are situated outside of a building, then the
1255!--             ordinary interpolation scheme can be used.
1256                IF ( num_gp == 8 )  THEN
1257
1258                   x  = particles(n)%x - i * dx
1259                   y  = particles(n)%y - j * dy
1260                   aa = x**2          + y**2
1261                   bb = ( dx - x )**2 + y**2
1262                   cc = x**2          + ( dy - y )**2
1263                   dd = ( dx - x )**2 + ( dy - y )**2
1264                   gg = aa + bb + cc + dd
1265
1266                   e_int_l = (( gg-aa ) * e(k,j,i)   + ( gg-bb ) * e(k,j,i+1) &
1267                            + ( gg-cc ) * e(k,j+1,i) + ( gg-dd ) * e(k,j+1,i+1)&
1268                             ) / ( 3.0 * gg )
1269
1270                   IF ( k+1 == nzt+1 )  THEN
1271                      e_int = e_int_l
1272                   ELSE
1273                      e_int_u = ( ( gg - aa ) * e(k+1,j,i)   + &
1274                                  ( gg - bb ) * e(k+1,j,i+1) + &
1275                                  ( gg - cc ) * e(k+1,j+1,i) + &
1276                                  ( gg - dd ) * e(k+1,j+1,i+1) &
1277                                ) / ( 3.0 * gg )
1278                      e_int = e_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz * &
1279                                        ( e_int_u - e_int_l )
1280                   ENDIF
1281
1282!
1283!--                Interpolate the TKE gradient along x (adopt incides i,j,k
1284!--                and all position variables from above (TKE))
1285                   de_dx_int_l = ( ( gg - aa ) * de_dx(k,j,i)   + &
1286                                   ( gg - bb ) * de_dx(k,j,i+1) + &
1287                                   ( gg - cc ) * de_dx(k,j+1,i) + &
1288                                   ( gg - dd ) * de_dx(k,j+1,i+1) &
1289                                 ) / ( 3.0 * gg )
1290
1291                   IF ( ( k+1 == nzt+1 )  .OR.  ( k == nzb ) )  THEN
1292                      de_dx_int = de_dx_int_l
1293                   ELSE
1294                      de_dx_int_u = ( ( gg - aa ) * de_dx(k+1,j,i)   + &
1295                                      ( gg - bb ) * de_dx(k+1,j,i+1) + &
1296                                      ( gg - cc ) * de_dx(k+1,j+1,i) + &
1297                                      ( gg - dd ) * de_dx(k+1,j+1,i+1) &
1298                                    ) / ( 3.0 * gg )
1299                      de_dx_int = de_dx_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / &
1300                                              dz * ( de_dx_int_u - de_dx_int_l )
1301                   ENDIF
1302
1303!
1304!--                Interpolate the TKE gradient along y
1305                   de_dy_int_l = ( ( gg - aa ) * de_dy(k,j,i)   + &
1306                                   ( gg - bb ) * de_dy(k,j,i+1) + &
1307                                   ( gg - cc ) * de_dy(k,j+1,i) + &
1308                                   ( gg - dd ) * de_dy(k,j+1,i+1) &
1309                                 ) / ( 3.0 * gg )
1310                   IF ( ( k+1 == nzt+1 )  .OR.  ( k == nzb ) )  THEN
1311                      de_dy_int = de_dy_int_l
1312                   ELSE
1313                      de_dy_int_u = ( ( gg - aa ) * de_dy(k+1,j,i)   + &
1314                                      ( gg - bb ) * de_dy(k+1,j,i+1) + &
1315                                      ( gg - cc ) * de_dy(k+1,j+1,i) + &
1316                                      ( gg - dd ) * de_dy(k+1,j+1,i+1) &
1317                                    ) / ( 3.0 * gg )
1318                      de_dy_int = de_dy_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / &
1319                                              dz * ( de_dy_int_u - de_dy_int_l )
1320                   ENDIF
1321
1322!
1323!--                Interpolate the TKE gradient along z
1324                   IF ( particles(n)%z < 0.5 * dz )  THEN
1325                      de_dz_int = 0.0
1326                   ELSE
1327                      de_dz_int_l = ( ( gg - aa ) * de_dz(k,j,i)   + &
1328                                      ( gg - bb ) * de_dz(k,j,i+1) + &
1329                                      ( gg - cc ) * de_dz(k,j+1,i) + &
1330                                      ( gg - dd ) * de_dz(k,j+1,i+1) &
1331                                    ) / ( 3.0 * gg )
1332
1333                      IF ( ( k+1 == nzt+1 )  .OR.  ( k == nzb ) )  THEN
1334                         de_dz_int = de_dz_int_l
1335                      ELSE
1336                         de_dz_int_u = ( ( gg - aa ) * de_dz(k+1,j,i)   + &
1337                                         ( gg - bb ) * de_dz(k+1,j,i+1) + &
1338                                         ( gg - cc ) * de_dz(k+1,j+1,i) + &
1339                                         ( gg - dd ) * de_dz(k+1,j+1,i+1) &
1340                                       ) / ( 3.0 * gg )
1341                         de_dz_int = de_dz_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) /&
1342                                              dz * ( de_dz_int_u - de_dz_int_l )
1343                      ENDIF
1344                   ENDIF
1345
1346!
1347!--                Interpolate the dissipation of TKE
1348                   diss_int_l = ( ( gg - aa ) * diss(k,j,i)   + &
1349                                  ( gg - bb ) * diss(k,j,i+1) + &
1350                                  ( gg - cc ) * diss(k,j+1,i) + &
1351                                  ( gg - dd ) * diss(k,j+1,i+1) &
1352                                ) / ( 3.0 * gg )
1353
1354                   IF ( k+1 == nzt+1 )  THEN
1355                      diss_int = diss_int_l
1356                   ELSE
1357                      diss_int_u = ( ( gg - aa ) * diss(k+1,j,i)   + &
1358                                     ( gg - bb ) * diss(k+1,j,i+1) + &
1359                                     ( gg - cc ) * diss(k+1,j+1,i) + &
1360                                     ( gg - dd ) * diss(k+1,j+1,i+1) &
1361                                   ) / ( 3.0 * gg )
1362                      diss_int = diss_int_l + ( particles(n)%z - zu(k) ) / dz *&
1363                                              ( diss_int_u - diss_int_l )
1364                   ENDIF
1365
1366                ELSE
1367
1368!
1369!--                If wall between gridpoint 1 and gridpoint 5, then
1370!--                Neumann boundary condition has to be applied
1371                   IF ( gp_outside_of_building(1) == 1  .AND. &
1372                        gp_outside_of_building(5) == 0 )  THEN
1373                      num_gp = num_gp + 1
1374                      location(num_gp,1) = i * dx + 0.5 * dx
1375                      location(num_gp,2) = j * dy
1376                      location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1377                      ei(num_gp)     = e(k,j,i)
1378                      dissi(num_gp)  = diss(k,j,i)
1379                      de_dxi(num_gp) = 0.0
1380                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k,j,i)
1381                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j,i)
1382                   ENDIF
1383
1384                   IF ( gp_outside_of_building(5) == 1  .AND. &
1385                      gp_outside_of_building(1) == 0 )  THEN
1386                      num_gp = num_gp + 1
1387                      location(num_gp,1) = i * dx + 0.5 * dx
1388                      location(num_gp,2) = j * dy
1389                      location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1390                      ei(num_gp)     = e(k,j,i+1)
1391                      dissi(num_gp)  = diss(k,j,i+1)
1392                      de_dxi(num_gp) = 0.0
1393                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k,j,i+1)
1394                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j,i+1)
1395                   ENDIF
1396
1397!
1398!--                If wall between gridpoint 5 and gridpoint 6, then
1399!--                then Neumann boundary condition has to be applied
1400                   IF ( gp_outside_of_building(5) == 1  .AND. &
1401                        gp_outside_of_building(6) == 0 )  THEN
1402                      num_gp = num_gp + 1
1403                      location(num_gp,1) = (i+1) * dx
1404                      location(num_gp,2) = j * dy + 0.5 * dy
1405                      location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1406                      ei(num_gp)     = e(k,j,i+1)
1407                      dissi(num_gp)  = diss(k,j,i+1)
1408                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k,j,i+1)
1409                      de_dyi(num_gp) = 0.0
1410                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j,i+1)
1411                   ENDIF
1412
1413                   IF ( gp_outside_of_building(6) == 1  .AND. &
1414                        gp_outside_of_building(5) == 0 )  THEN
1415                      num_gp = num_gp + 1
1416                      location(num_gp,1) = (i+1) * dx
1417                      location(num_gp,2) = j * dy + 0.5 * dy
1418                      location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1419                      ei(num_gp)     = e(k,j+1,i+1)
1420                      dissi(num_gp)  = diss(k,j+1,i+1)
1421                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k,j+1,i+1)
1422                      de_dyi(num_gp) = 0.0
1423                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j+1,i+1)
1424                   ENDIF
1425
1426!
1427!--                If wall between gridpoint 2 and gridpoint 6, then
1428!--                Neumann boundary condition has to be applied
1429                   IF ( gp_outside_of_building(2) == 1  .AND. &
1430                        gp_outside_of_building(6) == 0 )  THEN
1431                      num_gp = num_gp + 1
1432                      location(num_gp,1) = i * dx + 0.5 * dx
1433                      location(num_gp,2) = (j+1) * dy
1434                      location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1435                      ei(num_gp)     = e(k,j+1,i)
1436                      dissi(num_gp)  = diss(k,j+1,i)
1437                      de_dxi(num_gp) = 0.0
1438                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k,j+1,i)
1439                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j+1,i)
1440                   ENDIF
1441
1442                   IF ( gp_outside_of_building(6) == 1  .AND. &
1443                        gp_outside_of_building(2) == 0 )  THEN
1444                      num_gp = num_gp + 1
1445                      location(num_gp,1) = i * dx + 0.5 * dx
1446                      location(num_gp,2) = (j+1) * dy
1447                      location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1448                      ei(num_gp)     = e(k,j+1,i+1)
1449                      dissi(num_gp)  = diss(k,j+1,i+1)
1450                      de_dxi(num_gp) = 0.0
1451                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k,j+1,i+1)
1452                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j+1,i+1)
1453                   ENDIF
1454
1455!
1456!--                If wall between gridpoint 1 and gridpoint 2, then
1457!--                Neumann boundary condition has to be applied
1458                   IF ( gp_outside_of_building(1) == 1  .AND. &
1459                        gp_outside_of_building(2) == 0 )  THEN
1460                      num_gp = num_gp + 1
1461                      location(num_gp,1) = i * dx
1462                      location(num_gp,2) = j * dy + 0.5 * dy
1463                      location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1464                      ei(num_gp)     = e(k,j,i)
1465                      dissi(num_gp)  = diss(k,j,i)
1466                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k,j,i)
1467                      de_dyi(num_gp) = 0.0
1468                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j,i)
1469                   ENDIF
1470
1471                   IF ( gp_outside_of_building(2) == 1  .AND. &
1472                        gp_outside_of_building(1) == 0 )  THEN
1473                      num_gp = num_gp + 1
1474                      location(num_gp,1) = i * dx
1475                      location(num_gp,2) = j * dy + 0.5 * dy
1476                      location(num_gp,3) = k * dz - 0.5 * dz
1477                      ei(num_gp)     = e(k,j+1,i)
1478                      dissi(num_gp)  = diss(k,j+1,i)
1479                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k,j+1,i)
1480                      de_dyi(num_gp) = 0.0
1481                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k,j+1,i)
1482                   ENDIF
1483
1484!
1485!--                If wall between gridpoint 3 and gridpoint 7, then
1486!--                Neumann boundary condition has to be applied
1487                   IF ( gp_outside_of_building(3) == 1  .AND. &
1488                        gp_outside_of_building(7) == 0 )  THEN
1489                      num_gp = num_gp + 1
1490                      location(num_gp,1) = i * dx + 0.5 * dx
1491                      location(num_gp,2) = j * dy
1492                      location(num_gp,3) = k * dz + 0.5 * dz
1493                      ei(num_gp)     = e(k+1,j,i)
1494                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j,i)
1495                      de_dxi(num_gp) = 0.0
1496                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j,i)
1497                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j,i) 
1498                   ENDIF
1499
1500                   IF ( gp_outside_of_building(7) == 1  .AND. &
1501                        gp_outside_of_building(3) == 0 )  THEN
1502                      num_gp = num_gp + 1
1503                      location(num_gp,1) = i * dx + 0.5 * dx
1504                      location(num_gp,2) = j * dy
1505                      location(num_gp,3) = k * dz + 0.5 * dz
1506                      ei(num_gp)     = e(k+1,j,i+1)
1507                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j,i+1)
1508                      de_dxi(num_gp) = 0.0
1509                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j,i+1)
1510                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j,i+1)
1511                   ENDIF
1512
1513!
1514!--                If wall between gridpoint 7 and gridpoint 8, then
1515!--                Neumann boundary condition has to be applied
1516                   IF ( gp_outside_of_building(7) == 1  .AND. &
1517                        gp_outside_of_building(8) == 0 )  THEN
1518                      num_gp = num_gp + 1
1519                      location(num_gp,1) = (i+1) * dx
1520                      location(num_gp,2) = j * dy + 0.5 * dy
1521                      location(num_gp,3) = k * dz + 0.5 * dz
1522                      ei(num_gp)     = e(k+1,j,i+1)
1523                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j,i+1)
1524                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j,i+1)
1525                      de_dyi(num_gp) = 0.0
1526                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j,i+1)
1527                   ENDIF
1528
1529                   IF ( gp_outside_of_building(8) == 1  .AND. &
1530                        gp_outside_of_building(7) == 0 )  THEN
1531                      num_gp = num_gp + 1
1532                      location(num_gp,1) = (i+1) * dx
1533                      location(num_gp,2) = j * dy + 0.5 * dy
1534                      location(num_gp,3) = k * dz + 0.5 * dz
1535                      ei(num_gp)     = e(k+1,j+1,i+1)
1536                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j+1,i+1)
1537                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j+1,i+1)
1538                      de_dyi(num_gp) = 0.0
1539                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j+1,i+1)
1540                   ENDIF
1541
1542!
1543!--                If wall between gridpoint 4 and gridpoint 8, then
1544!--                Neumann boundary condition has to be applied
1545                   IF ( gp_outside_of_building(4) == 1  .AND. &
1546                        gp_outside_of_building(8) == 0 )  THEN
1547                      num_gp = num_gp + 1
1548                      location(num_gp,1) = i * dx + 0.5 * dx
1549                      location(num_gp,2) = (j+1) * dy
1550                      location(num_gp,3) = k * dz + 0.5 * dz
1551                      ei(num_gp)     = e(k+1,j+1,i)
1552                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j+1,i)
1553                      de_dxi(num_gp) = 0.0
1554                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j+1,i)
1555                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j+1,i)
1556                   ENDIF
1557
1558                   IF ( gp_outside_of_building(8) == 1  .AND. &
1559                        gp_outside_of_building(4) == 0 )  THEN
1560                      num_gp = num_gp + 1
1561                      location(num_gp,1) = i * dx + 0.5 * dx
1562                      location(num_gp,2) = (j+1) * dy
1563                      location(num_gp,3) = k * dz + 0.5 * dz
1564                      ei(num_gp)     = e(k+1,j+1,i+1)
1565                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j+1,i+1)
1566                      de_dxi(num_gp) = 0.0
1567                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j+1,i+1)
1568                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j+1,i+1)
1569                   ENDIF
1570
1571!
1572!--                If wall between gridpoint 3 and gridpoint 4, then
1573!--                Neumann boundary condition has to be applied
1574                   IF ( gp_outside_of_building(3) == 1  .AND. &
1575                        gp_outside_of_building(4) == 0 )  THEN
1576                      num_gp = num_gp + 1
1577                      location(num_gp,1) = i * dx
1578                      location(num_gp,2) = j * dy + 0.5 * dy
1579                      location(num_gp,3) = k * dz + 0.5 * dz
1580                      ei(num_gp)     = e(k+1,j,i)
1581                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j,i)
1582                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j,i)
1583                      de_dyi(num_gp) = 0.0
1584                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j,i)
1585                   ENDIF
1586
1587                   IF ( gp_outside_of_building(4) == 1  .AND. &
1588                        gp_outside_of_building(3) == 0 )  THEN
1589                      num_gp = num_gp + 1
1590                      location(num_gp,1) = i * dx
1591                      location(num_gp,2) = j * dy + 0.5 * dy
1592                      location(num_gp,3) = k * dz + 0.5 * dz
1593                      ei(num_gp)     = e(k+1,j+1,i)
1594                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j+1,i)
1595                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j+1,i)
1596                      de_dyi(num_gp) = 0.0
1597                      de_dzi(num_gp) = de_dz(k+1,j+1,i)
1598                   ENDIF
1599
1600!
1601!--                If wall between gridpoint 1 and gridpoint 3, then
1602!--                Neumann boundary condition has to be applied
1603!--                (only one case as only building beneath is possible)
1604                   IF ( gp_outside_of_building(1) == 0  .AND. &
1605                        gp_outside_of_building(3) == 1 )  THEN
1606                      num_gp = num_gp + 1
1607                      location(num_gp,1) = i * dx
1608                      location(num_gp,2) = j * dy
1609                      location(num_gp,3) = k * dz
1610                      ei(num_gp)     = e(k+1,j,i)
1611                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j,i)
1612                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j,i)
1613                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j,i)
1614                      de_dzi(num_gp) = 0.0
1615                   ENDIF
1616 
1617!
1618!--                If wall between gridpoint 5 and gridpoint 7, then
1619!--                Neumann boundary condition has to be applied
1620!--                (only one case as only building beneath is possible)
1621                   IF ( gp_outside_of_building(5) == 0  .AND. &
1622                        gp_outside_of_building(7) == 1 )  THEN
1623                      num_gp = num_gp + 1
1624                      location(num_gp,1) = (i+1) * dx
1625                      location(num_gp,2) = j * dy
1626                      location(num_gp,3) = k * dz
1627                      ei(num_gp)     = e(k+1,j,i+1)
1628                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j,i+1)
1629                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j,i+1)
1630                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j,i+1)
1631                      de_dzi(num_gp) = 0.0
1632                   ENDIF
1633
1634!
1635!--                If wall between gridpoint 2 and gridpoint 4, then
1636!--                Neumann boundary condition has to be applied
1637!--                (only one case as only building beneath is possible)
1638                   IF ( gp_outside_of_building(2) == 0  .AND. &
1639                        gp_outside_of_building(4) == 1 )  THEN
1640                      num_gp = num_gp + 1
1641                      location(num_gp,1) = i * dx
1642                      location(num_gp,2) = (j+1) * dy
1643                      location(num_gp,3) = k * dz
1644                      ei(num_gp)     = e(k+1,j+1,i)
1645                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j+1,i)
1646                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j+1,i)
1647                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j+1,i)
1648                      de_dzi(num_gp) = 0.0
1649                   ENDIF
1650
1651!
1652!--                If wall between gridpoint 6 and gridpoint 8, then
1653!--                Neumann boundary condition has to be applied
1654!--                (only one case as only building beneath is possible)
1655                   IF ( gp_outside_of_building(6) == 0  .AND. &
1656                        gp_outside_of_building(8) == 1 )  THEN
1657                      num_gp = num_gp + 1
1658                      location(num_gp,1) = (i+1) * dx
1659                      location(num_gp,2) = (j+1) * dy
1660                      location(num_gp,3) = k * dz
1661                      ei(num_gp)     = e(k+1,j+1,i+1)
1662                      dissi(num_gp)  = diss(k+1,j+1,i+1)
1663                      de_dxi(num_gp) = de_dx(k+1,j+1,i+1)
1664                      de_dyi(num_gp) = de_dy(k+1,j+1,i+1)
1665                      de_dzi(num_gp) = 0.0
1666                   ENDIF
1667
1668!
1669!--                Carry out the interpolation
1670                   IF ( num_gp == 1 )  THEN
1671!
1672!--                   If only one of the gridpoints is situated outside of the
1673!--                   building, it follows that the values at the particle
1674!--                   location are the same as the gridpoint values
1675                      e_int     = ei(num_gp)
1676                      diss_int  = dissi(num_gp)
1677                      de_dx_int = de_dxi(num_gp)
1678                      de_dy_int = de_dyi(num_gp)
1679                      de_dz_int = de_dzi(num_gp)
1680                   ELSE IF ( num_gp > 1 )  THEN
1681
1682                      d_sum = 0.0
1683!
1684!--                   Evaluation of the distances between the gridpoints
1685!--                   contributing to the interpolated values, and the particle
1686!--                   location
1687                      DO agp = 1, num_gp
1688                         d_gp_pl(agp) = ( particles(n)%x-location(agp,1) )**2  &
1689                                      + ( particles(n)%y-location(agp,2) )**2  &
1690                                      + ( particles(n)%z-location(agp,3) )**2
1691                         d_sum        = d_sum + d_gp_pl(agp)
1692                      ENDDO
1693
1694!
1695!--                   Finally the interpolation can be carried out
1696                      e_int     = 0.0
1697                      diss_int  = 0.0
1698                      de_dx_int = 0.0
1699                      de_dy_int = 0.0
1700                      de_dz_int = 0.0
1701                      DO agp = 1, num_gp
1702                         e_int     = e_int     + ( d_sum - d_gp_pl(agp) ) * &
1703                                                ei(agp) / ( (num_gp-1) * d_sum )
1704                         diss_int  = diss_int  + ( d_sum - d_gp_pl(agp) ) * &
1705                                             dissi(agp) / ( (num_gp-1) * d_sum )
1706                         de_dx_int = de_dx_int + ( d_sum - d_gp_pl(agp) ) * &
1707                                            de_dxi(agp) / ( (num_gp-1) * d_sum )
1708                         de_dy_int = de_dy_int + ( d_sum - d_gp_pl(agp) ) * &
1709                                            de_dyi(agp) / ( (num_gp-1) * d_sum )
1710                         de_dz_int = de_dz_int + ( d_sum - d_gp_pl(agp) ) * &
1711                                            de_dzi(agp) / ( (num_gp-1) * d_sum )
1712                      ENDDO
1713
1714                   ENDIF
1715
1716                ENDIF
1717
1718             ENDIF 
1719
1720!
1721!--          Vertically interpolate the horizontally averaged SGS TKE and
1722!--          resolved-scale velocity variances and use the interpolated values
1723!--          to calculate the coefficient fs, which is a measure of the ratio
1724!--          of the subgrid-scale turbulent kinetic energy to the total amount
1725!--          of turbulent kinetic energy.
1726             IF ( k == 0 )  THEN
1727                e_mean_int = hom(0,1,8,0)
1728             ELSE
1729                e_mean_int = hom(k,1,8,0) +                                    &
1730                                           ( hom(k+1,1,8,0) - hom(k,1,8,0) ) / &
1731                                           ( zu(k+1) - zu(k) ) *               &
1732                                           ( particles(n)%z - zu(k) )
1733             ENDIF
1734
1735             kw = particles(n)%z / dz
1736
1737             IF ( k == 0 )  THEN
1738                aa  = hom(k+1,1,30,0)  * ( particles(n)%z / &
1739                                         ( 0.5 * ( zu(k+1) - zu(k) ) ) )
1740                bb  = hom(k+1,1,31,0)  * ( particles(n)%z / &
1741                                         ( 0.5 * ( zu(k+1) - zu(k) ) ) )
1742                cc  = hom(kw+1,1,32,0) * ( particles(n)%z / &
1743                                         ( 1.0 * ( zw(kw+1) - zw(kw) ) ) )
1744             ELSE
1745                aa  = hom(k,1,30,0) + ( hom(k+1,1,30,0) - hom(k,1,30,0) ) * &
1746                           ( ( particles(n)%z - zu(k) ) / ( zu(k+1) - zu(k) ) )
1747                bb  = hom(k,1,31,0) + ( hom(k+1,1,31,0) - hom(k,1,31,0) ) * &
1748                           ( ( particles(n)%z - zu(k) ) / ( zu(k+1) - zu(k) ) )
1749                cc  = hom(kw,1,32,0) + ( hom(kw+1,1,32,0)-hom(kw,1,32,0) ) *&
1750                           ( ( particles(n)%z - zw(kw) ) / ( zw(kw+1)-zw(kw) ) )
1751             ENDIF
1752
1753             vv_int = ( 1.0 / 3.0 ) * ( aa + bb + cc )
1754
1755             fs_int = ( 2.0 / 3.0 ) * e_mean_int / &
1756                         ( vv_int + ( 2.0 / 3.0 ) * e_mean_int )
1757
1758!
1759!--          Calculate the Lagrangian timescale according to the suggestion of
1760!--          Weil et al. (2004).
1761             lagr_timescale = ( 4.0 * e_int ) / &
1762                              ( 3.0 * fs_int * c_0 * diss_int )
1763
1764!
1765!--          Calculate the next particle timestep. dt_gap is the time needed to
1766!--          complete the current LES timestep.
1767             dt_gap = dt_3d - particles(n)%dt_sum
1768             dt_particle = MIN( dt_3d, 0.025 * lagr_timescale, dt_gap )
1769
1770!
1771!--          The particle timestep should not be too small in order to prevent
1772!--          the number of particle timesteps of getting too large
1773             IF ( dt_particle < dt_min_part   .AND.  dt_min_part < dt_gap ) &
1774             THEN
1775                dt_particle = dt_min_part 
1776             ENDIF
1777
1778!
1779!--          Calculate the SGS velocity components
1780             IF ( particles(n)%age == 0.0 )  THEN
1781!
1782!--             For new particles the SGS components are derived from the SGS
1783!--             TKE. Limit the Gaussian random number to the interval
1784!--             [-5.0*sigma, 5.0*sigma] in order to prevent the SGS velocities
1785!--             from becoming unrealistically large.
1786                particles(n)%speed_x_sgs = SQRT( 2.0 * sgs_wfu_part * e_int ) *&
1787                                           ( random_gauss( iran_part, 5.0 )    &
1788                                             - 1.0 )
1789                particles(n)%speed_y_sgs = SQRT( 2.0 * sgs_wfv_part * e_int ) *&
1790                                           ( random_gauss( iran_part, 5.0 )    &
1791                                             - 1.0 )
1792                particles(n)%speed_z_sgs = SQRT( 2.0 * sgs_wfw_part * e_int ) *&
1793                                           ( random_gauss( iran_part, 5.0 )    &
1794                                             - 1.0 )
1795
1796             ELSE
1797
1798!
1799!--             Restriction of the size of the new timestep: compared to the
1800!--             previous timestep the increase must not exceed 200%
1801
1802                dt_particle_m = particles(n)%age - particles(n)%age_m
1803                IF ( dt_particle > 2.0 * dt_particle_m )  THEN
1804                   dt_particle = 2.0 * dt_particle_m
1805                ENDIF
1806
1807!
1808!--             For old particles the SGS components are correlated with the
1809!--             values from the previous timestep. Random numbers have also to
1810!--             be limited (see above).
1811!--             As negative values for the subgrid TKE are not allowed, the
1812!--             change of the subgrid TKE with time cannot be smaller than
1813!--             -e_int/dt_particle. This value is used as a lower boundary
1814!--             value for the change of TKE
1815
1816                de_dt_min = - e_int / dt_particle
1817
1818                de_dt = ( e_int - particles(n)%e_m ) / dt_particle_m
1819
1820                IF ( de_dt < de_dt_min )  THEN
1821                   de_dt = de_dt_min
1822                ENDIF
1823
1824                particles(n)%speed_x_sgs = particles(n)%speed_x_sgs -          &
1825                       fs_int * c_0 * diss_int * particles(n)%speed_x_sgs *    &
1826                       dt_particle / ( 4.0 * sgs_wfu_part * e_int ) +          &
1827                       ( 2.0 * sgs_wfu_part * de_dt *                          &
1828                               particles(n)%speed_x_sgs /                      &
1829                         ( 2.0 * sgs_wfu_part * e_int ) + de_dx_int            &
1830                       ) * dt_particle / 2.0                        +          &
1831                       SQRT( fs_int * c_0 * diss_int ) *                       &
1832                       ( random_gauss( iran_part, 5.0 ) - 1.0 ) *              &
1833                       SQRT( dt_particle )
1834
1835                particles(n)%speed_y_sgs = particles(n)%speed_y_sgs -          &
1836                       fs_int * c_0 * diss_int * particles(n)%speed_y_sgs *    &
1837                       dt_particle / ( 4.0 * sgs_wfv_part * e_int ) +          &
1838                       ( 2.0 * sgs_wfv_part * de_dt *                          &
1839                               particles(n)%speed_y_sgs /                      &
1840                         ( 2.0 * sgs_wfv_part * e_int ) + de_dy_int            &
1841                       ) * dt_particle / 2.0                        +          &
1842                       SQRT( fs_int * c_0 * diss_int ) *                       &
1843                       ( random_gauss( iran_part, 5.0 ) - 1.0 ) *              &
1844                       SQRT( dt_particle )
1845
1846                particles(n)%speed_z_sgs = particles(n)%speed_z_sgs -          &
1847                       fs_int * c_0 * diss_int * particles(n)%speed_z_sgs *    &
1848                       dt_particle / ( 4.0 * sgs_wfw_part * e_int ) +          &
1849                       ( 2.0 * sgs_wfw_part * de_dt *                          &
1850                               particles(n)%speed_z_sgs /                      &
1851                         ( 2.0 * sgs_wfw_part * e_int ) + de_dz_int            &
1852                       ) * dt_particle / 2.0                        +          &
1853                       SQRT( fs_int * c_0 * diss_int ) *                       &
1854                       ( random_gauss( iran_part, 5.0 ) - 1.0 ) *              &
1855                       SQRT( dt_particle )
1856
1857             ENDIF
1858
1859             u_int = u_int + particles(n)%speed_x_sgs
1860             v_int = v_int + particles(n)%speed_y_sgs
1861             w_int = w_int + particles(n)%speed_z_sgs
1862
1863!
1864!--          Store the SGS TKE of the current timelevel which is needed for
1865!--          for calculating the SGS particle velocities at the next timestep
1866             particles(n)%e_m = e_int
1867
1868          ELSE
1869!
1870!--          If no SGS velocities are used, only the particle timestep has to
1871!--          be set
1872             dt_particle = dt_3d
1873
1874          ENDIF
1875
1876!
1877!--       Remember the old age of the particle ( needed to prevent that a
1878!--       particle crosses several PEs during one timestep and for the
1879!--       evaluation of the subgrid particle velocity fluctuations )
1880          particles(n)%age_m = particles(n)%age
1881
1882
1883!
1884!--       Particle advection
1885          IF ( particle_groups(particles(n)%group)%density_ratio == 0.0 )  THEN
1886!
1887!--          Pure passive transport (without particle inertia)
1888             particles(n)%x = particles(n)%x + u_int * dt_particle
1889             particles(n)%y = particles(n)%y + v_int * dt_particle
1890             particles(n)%z = particles(n)%z + w_int * dt_particle
1891
1892             particles(n)%speed_x = u_int
1893             particles(n)%speed_y = v_int
1894             particles(n)%speed_z = w_int
1895
1896          ELSE
1897!
1898!--          Transport of particles with inertia
1899             particles(n)%x = particles(n)%x + particles(n)%speed_x * &
1900                                               dt_particle
1901             particles(n)%y = particles(n)%y + particles(n)%speed_y * &
1902                                               dt_particle
1903             particles(n)%z = particles(n)%z + particles(n)%speed_z * &
1904                                               dt_particle
1905
1906!
1907!--          Update of the particle velocity
1908             dens_ratio = particle_groups(particles(n)%group)%density_ratio
1909             IF ( cloud_droplets )  THEN
1910                exp_arg  = 4.5 * dens_ratio * molecular_viscosity /        &
1911                           ( particles(n)%radius )**2 *                    &
1912                           ( 1.0 + 0.15 * ( 2.0 * particles(n)%radius *    &
1913                             SQRT( ( u_int - particles(n)%speed_x )**2 +   &
1914                                   ( v_int - particles(n)%speed_y )**2 +   &
1915                                   ( w_int - particles(n)%speed_z )**2 ) / &
1916                                            molecular_viscosity )**0.687   &
1917                           )
1918                exp_term = EXP( -exp_arg * dt_particle )
1919             ELSEIF ( use_sgs_for_particles )  THEN
1920                exp_arg  = particle_groups(particles(n)%group)%exp_arg
1921                exp_term = EXP( -exp_arg * dt_particle )
1922             ELSE
1923                exp_arg  = particle_groups(particles(n)%group)%exp_arg
1924                exp_term = particle_groups(particles(n)%group)%exp_term
1925             ENDIF
1926             particles(n)%speed_x = particles(n)%speed_x * exp_term + &
1927                                    u_int * ( 1.0 - exp_term )
1928              particles(n)%speed_y = particles(n)%speed_y * exp_term + &
1929                                    v_int * ( 1.0 - exp_term )
1930              particles(n)%speed_z = particles(n)%speed_z * exp_term +       &
1931                              ( w_int - ( 1.0 - dens_ratio ) * g / exp_arg ) &
1932                                    * ( 1.0 - exp_term )
1933          ENDIF
1934
1935!
1936!--       Increment the particle age and the total time that the particle
1937!--       has advanced within the particle timestep procedure
1938          particles(n)%age    = particles(n)%age    + dt_particle
1939          particles(n)%dt_sum = particles(n)%dt_sum + dt_particle
1940
1941!
1942!--       Check whether there is still a particle that has not yet completed
1943!--       the total LES timestep
1944          IF ( ( dt_3d - particles(n)%dt_sum ) > 1E-8 )  THEN
1945             dt_3d_reached_l = .FALSE.
1946          ENDIF
1947
1948       ENDDO   ! advection loop
1949
1950!
1951!--    Particle reflection from walls
1952       CALL particle_boundary_conds
1953
1954!
1955!--    User-defined actions after the calculation of the new particle position
1956       CALL user_advec_particles
1957
1958!
1959!--    Find out, if all particles on every PE have completed the LES timestep
1960!--    and set the switch corespondingly
1961#if defined( __parallel )
1962       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1963       CALL MPI_ALLREDUCE( dt_3d_reached_l, dt_3d_reached, 1, MPI_LOGICAL, &
1964                           MPI_LAND, comm2d, ierr )
1965#else
1966       dt_3d_reached = dt_3d_reached_l
1967#endif     
1968
1969       CALL cpu_log( log_point_s(44), 'advec_part_advec', 'stop' )
1970
1971!
1972!--    Increment time since last release
1973       IF ( dt_3d_reached )  time_prel = time_prel + dt_3d
1974
1975!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##0.4'
1976!    CALL local_flush( 9 )
1977!    nd = 0
1978!    DO  n = 1, number_of_particles
1979!       IF ( .NOT. particle_mask(n) )  nd = nd + 1
1980!    ENDDO
1981!    IF ( nd /= deleted_particles ) THEN
1982!       WRITE (9,*) '*** nd=',nd,' deleted_particles=',deleted_particles
1983!       CALL local_flush( 9 )
1984!       CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
1985!    ENDIF
1986
1987!
1988!--    If necessary, release new set of particles
1989       IF ( time_prel >= dt_prel  .AND.  end_time_prel > simulated_time  .AND. &
1990            dt_3d_reached )  THEN
1991
1992!
1993!--       Check, if particle storage must be extended
1994          IF ( number_of_particles + number_of_initial_particles > &
1995               maximum_number_of_particles  )  THEN
1996             IF ( netcdf_output  .AND.  netcdf_data_format < 3 )  THEN
1997                message_string = 'maximum_number_of_particles ' //   &
1998                                 'needs to be increased ' //         &
1999                                 '&but this is not allowed with ' // &
2000                                 'netcdf_data_format < 3'
2001                CALL message( 'advec_particles', 'PA0146', 2, 2, -1, 6, 1 )
2002             ELSE
2003!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: before allocate_prt_memory dt_prel'
2004!    CALL local_flush( 9 )
2005                CALL allocate_prt_memory( number_of_initial_particles )
2006!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: after allocate_prt_memory dt_prel'
2007!    CALL local_flush( 9 )
2008             ENDIF
2009          ENDIF
2010
2011!
2012!--       Check, if tail storage must be extended
2013          IF ( use_particle_tails )  THEN
2014             IF ( number_of_tails + number_of_initial_tails > &
2015                  maximum_number_of_tails  )  THEN
2016                IF ( netcdf_output  .AND.  netcdf_data_format < 3 )  THEN
2017                   message_string = 'maximum_number_of_tails ' //    &
2018                                    'needs to be increased ' //      &
2019                                    '&but this is not allowed wi' // &
2020                                    'th netcdf_data_format < 3'
2021                   CALL message( 'advec_particles', 'PA0147', 2, 2, -1, 6, 1 )
2022                ELSE
2023!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: before allocate_tail_memory dt_prel'
2024!    CALL local_flush( 9 )
2025                   CALL allocate_tail_memory( number_of_initial_tails )
2026!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: after allocate_tail_memory dt_prel'
2027!    CALL local_flush( 9 )
2028                ENDIF
2029             ENDIF
2030          ENDIF
2031
2032!
2033!--       The MOD function allows for changes in the output interval with
2034!--       restart runs.
2035          time_prel = MOD( time_prel, MAX( dt_prel, dt_3d ) )
2036          IF ( number_of_initial_particles /= 0 )  THEN
2037             is = number_of_particles+1
2038             ie = number_of_particles+number_of_initial_particles
2039             particles(is:ie) = initial_particles(1:number_of_initial_particles)
2040!
2041!--          Add random fluctuation to particle positions. Particles should
2042!--          remain in the subdomain.
2043             IF ( random_start_position )  THEN
2044                DO  n = is, ie
2045                   IF ( psl(particles(n)%group) /= psr(particles(n)%group) ) &
2046                   THEN
2047                      particles(n)%x = particles(n)%x + &
2048                                       ( random_function( iran_part ) - 0.5 ) *&
2049                                       pdx(particles(n)%group)
2050                      IF ( particles(n)%x  <=  ( nxl - 0.5 ) * dx )  THEN
2051                         particles(n)%x = ( nxl - 0.4999999999 ) * dx
2052                      ELSEIF ( particles(n)%x  >=  ( nxr + 0.5 ) * dx )  THEN
2053                         particles(n)%x = ( nxr + 0.4999999999 ) * dx
2054                      ENDIF
2055                   ENDIF
2056                   IF ( pss(particles(n)%group) /= psn(particles(n)%group) ) &
2057                   THEN
2058                      particles(n)%y = particles(n)%y + &
2059                                       ( random_function( iran_part ) - 0.5 ) *&
2060                                       pdy(particles(n)%group)
2061                      IF ( particles(n)%y  <=  ( nys - 0.5 ) * dy )  THEN
2062                         particles(n)%y = ( nys - 0.4999999999 ) * dy
2063                      ELSEIF ( particles(n)%y  >=  ( nyn + 0.5 ) * dy )  THEN
2064                         particles(n)%y = ( nyn + 0.4999999999 ) * dy
2065                      ENDIF
2066                   ENDIF
2067                   IF ( psb(particles(n)%group) /= pst(particles(n)%group) ) &
2068                   THEN
2069                      particles(n)%z = particles(n)%z + &
2070                                       ( random_function( iran_part ) - 0.5 ) *&
2071                                       pdz(particles(n)%group)
2072                   ENDIF
2073                ENDDO
2074             ENDIF
2075
2076!
2077!--          Set the beginning of the new particle tails and their age
2078             IF ( use_particle_tails )  THEN
2079                DO  n = is, ie
2080!
2081!--                New particles which should have a tail, already have got a
2082!--                provisional tail id unequal zero (see init_particles)
2083                   IF ( particles(n)%tail_id /= 0 )  THEN
2084                      number_of_tails = number_of_tails + 1
2085                      nn = number_of_tails
2086                      particles(n)%tail_id = nn   ! set the final tail id
2087                      particle_tail_coordinates(1,1,nn) = particles(n)%x
2088                      particle_tail_coordinates(1,2,nn) = particles(n)%y
2089                      particle_tail_coordinates(1,3,nn) = particles(n)%z
2090                      particle_tail_coordinates(1,4,nn) = particles(n)%color
2091                      particles(n)%tailpoints = 1
2092                      IF ( minimum_tailpoint_distance /= 0.0 )  THEN
2093                         particle_tail_coordinates(2,1,nn) = particles(n)%x
2094                         particle_tail_coordinates(2,2,nn) = particles(n)%y
2095                         particle_tail_coordinates(2,3,nn) = particles(n)%z
2096                         particle_tail_coordinates(2,4,nn) = particles(n)%color
2097                         particle_tail_coordinates(1:2,5,nn) = 0.0
2098                         particles(n)%tailpoints = 2
2099                      ENDIF
2100                   ENDIF
2101                ENDDO
2102             ENDIF
2103!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: after setting the beginning of new tails'
2104!    CALL local_flush( 9 )
2105
2106             number_of_particles = number_of_particles + &
2107                                   number_of_initial_particles
2108          ENDIF
2109
2110       ENDIF
2111
2112!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##0.5'
2113!    CALL local_flush( 9 )
2114!    nd = 0
2115!    DO  n = 1, number_of_particles
2116!       IF ( .NOT. particle_mask(n) )  nd = nd + 1
2117!    ENDDO
2118!    IF ( nd /= deleted_particles ) THEN
2119!       WRITE (9,*) '*** nd=',nd,' deleted_particles=',deleted_particles
2120!       CALL local_flush( 9 )
2121!       CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2122!    ENDIF
2123
2124!    IF ( number_of_particles /= number_of_tails )  THEN
2125!       WRITE (9,*) '--- advec_particles: #2'
2126!       WRITE (9,*) '    #of p=',number_of_particles,' #of t=',number_of_tails
2127!       CALL local_flush( 9 )
2128!    ENDIF
2129!    DO  n = 1, number_of_particles
2130!       IF ( particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id>number_of_tails ) &
2131!       THEN
2132!          WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
2133!          WRITE (9,*) '    id=',particles(n)%tail_id,' of (',number_of_tails,')'
2134!          CALL local_flush( 9 )
2135!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2136!       ENDIF
2137!    ENDDO
2138
2139#if defined( __parallel )
2140!
2141!--    As soon as one particle has moved beyond the boundary of the domain, it
2142!--    is included in the relevant transfer arrays and marked for subsequent
2143!--    deletion on this PE.
2144!--    First run for crossings in x direction. Find out first the number of
2145!--    particles to be transferred and allocate temporary arrays needed to store
2146!--    them.
2147!--    For a one-dimensional decomposition along y, no transfer is necessary,
2148!--    because the particle remains on the PE.
2149       trlp_count  = 0
2150       trlpt_count = 0
2151       trrp_count  = 0
2152       trrpt_count = 0
2153       IF ( pdims(1) /= 1 )  THEN
2154!
2155!--       First calculate the storage necessary for sending and receiving the
2156!--       data
2157          DO  n = 1, number_of_particles
2158             i = ( particles(n)%x + 0.5 * dx ) * ddx
2159!
2160!--          Above calculation does not work for indices less than zero
2161             IF ( particles(n)%x < -0.5 * dx )  i = -1
2162
2163             IF ( i < nxl )  THEN
2164                trlp_count = trlp_count + 1
2165                IF ( particles(n)%tail_id /= 0 )  trlpt_count = trlpt_count + 1
2166             ELSEIF ( i > nxr )  THEN
2167                trrp_count = trrp_count + 1
2168                IF ( particles(n)%tail_id /= 0 )  trrpt_count = trrpt_count + 1
2169             ENDIF
2170          ENDDO
2171          IF ( trlp_count  == 0 )  trlp_count  = 1
2172          IF ( trlpt_count == 0 )  trlpt_count = 1
2173          IF ( trrp_count  == 0 )  trrp_count  = 1
2174          IF ( trrpt_count == 0 )  trrpt_count = 1
2175
2176          ALLOCATE( trlp(trlp_count), trrp(trrp_count) )
2177
2178          trlp = particle_type( 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, &
2179                                0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, &
2180                                0.0, 0, 0, 0, 0 )
2181          trrp = particle_type( 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, &
2182                                0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, &
2183                                0.0, 0, 0, 0, 0 )
2184
2185          IF ( use_particle_tails )  THEN
2186             ALLOCATE( trlpt(maximum_number_of_tailpoints,5,trlpt_count), &
2187                       trrpt(maximum_number_of_tailpoints,5,trrpt_count) )
2188             tlength = maximum_number_of_tailpoints * 5
2189          ENDIF
2190
2191          trlp_count  = 0
2192          trlpt_count = 0
2193          trrp_count  = 0
2194          trrpt_count = 0
2195
2196       ENDIF
2197
2198!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##1'
2199!    CALL local_flush( 9 )
2200!    nd = 0
2201!    DO  n = 1, number_of_particles
2202!       IF ( .NOT. particle_mask(n) )  nd = nd + 1
2203!       IF ( particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id>number_of_tails ) &
2204!       THEN
2205!          WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
2206!          WRITE (9,*) '    id=',particles(n)%tail_id,' of (',number_of_tails,')'
2207!          CALL local_flush( 9 )
2208!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2209!       ENDIF
2210!    ENDDO
2211!    IF ( nd /= deleted_particles ) THEN
2212!       WRITE (9,*) '*** nd=',nd,' deleted_particles=',deleted_particles
2213!       CALL local_flush( 9 )
2214!       CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2215!    ENDIF
2216
2217       DO  n = 1, number_of_particles
2218
2219          nn = particles(n)%tail_id
2220
2221          i = ( particles(n)%x + 0.5 * dx ) * ddx
2222!
2223!--       Above calculation does not work for indices less than zero
2224          IF ( particles(n)%x < - 0.5 * dx )  i = -1
2225
2226          IF ( i <  nxl )  THEN
2227             IF ( i < 0 )  THEN
2228!
2229!--             Apply boundary condition along x
2230                IF ( ibc_par_lr == 0 )  THEN
2231!
2232!--                Cyclic condition
2233                   IF ( pdims(1) == 1 )  THEN
2234                      particles(n)%x        = ( nx + 1 ) * dx + particles(n)%x
2235                      particles(n)%origin_x = ( nx + 1 ) * dx + &
2236                                              particles(n)%origin_x
2237                      IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2238                         i  = particles(n)%tailpoints
2239                         particle_tail_coordinates(1:i,1,nn) = ( nx + 1 ) * dx &
2240                                           + particle_tail_coordinates(1:i,1,nn)
2241                      ENDIF
2242                   ELSE
2243                      trlp_count = trlp_count + 1
2244                      trlp(trlp_count) = particles(n)
2245                      trlp(trlp_count)%x = ( nx + 1 ) * dx + trlp(trlp_count)%x
2246                      trlp(trlp_count)%origin_x = trlp(trlp_count)%origin_x + &
2247                                                  ( nx + 1 ) * dx
2248                      particle_mask(n)  = .FALSE.
2249                      deleted_particles = deleted_particles + 1
2250
2251                      IF ( trlp(trlp_count)%x >= (nx + 0.5)* dx - 1.e-12 ) THEN
2252                         trlp(trlp_count)%x = trlp(trlp_count)%x - 1.e-10
2253                         trlp(trlp_count)%origin_x = trlp(trlp_count)%origin_x &
2254                                                     - 1
2255                      ENDIF
2256
2257                      IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2258                         trlpt_count = trlpt_count + 1
2259                         trlpt(:,:,trlpt_count) = &
2260                                               particle_tail_coordinates(:,:,nn)
2261                         trlpt(:,1,trlpt_count) = ( nx + 1 ) * dx + &
2262                                                  trlpt(:,1,trlpt_count)
2263                         tail_mask(nn) = .FALSE.
2264                         deleted_tails = deleted_tails + 1
2265                      ENDIF
2266                   ENDIF
2267
2268                ELSEIF ( ibc_par_lr == 1 )  THEN
2269!
2270!--                Particle absorption
2271                   particle_mask(n) = .FALSE.
2272                   deleted_particles = deleted_particles + 1
2273                   IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2274                      tail_mask(nn) = .FALSE.
2275                      deleted_tails = deleted_tails + 1
2276                   ENDIF
2277
2278                ELSEIF ( ibc_par_lr == 2 )  THEN
2279!
2280!--                Particle reflection
2281                   particles(n)%x       = -particles(n)%x
2282                   particles(n)%speed_x = -particles(n)%speed_x
2283
2284                ENDIF
2285             ELSE
2286!
2287!--             Store particle data in the transfer array, which will be send
2288!--             to the neighbouring PE
2289                trlp_count = trlp_count + 1
2290                trlp(trlp_count) = particles(n)
2291                particle_mask(n) = .FALSE.
2292                deleted_particles = deleted_particles + 1
2293
2294                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2295                   trlpt_count = trlpt_count + 1
2296                   trlpt(:,:,trlpt_count) = particle_tail_coordinates(:,:,nn)
2297                   tail_mask(nn) = .FALSE.
2298                   deleted_tails = deleted_tails + 1
2299                ENDIF
2300            ENDIF
2301
2302          ELSEIF ( i > nxr )  THEN
2303             IF ( i > nx )  THEN
2304!
2305!--             Apply boundary condition along x
2306                IF ( ibc_par_lr == 0 )  THEN
2307!
2308!--                Cyclic condition
2309                   IF ( pdims(1) == 1 )  THEN
2310                      particles(n)%x = particles(n)%x - ( nx + 1 ) * dx
2311                      particles(n)%origin_x = particles(n)%origin_x - &
2312                                              ( nx + 1 ) * dx
2313                      IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2314                         i = particles(n)%tailpoints
2315                         particle_tail_coordinates(1:i,1,nn) = - ( nx+1 ) * dx &
2316                                           + particle_tail_coordinates(1:i,1,nn)
2317                      ENDIF
2318                   ELSE
2319                      trrp_count = trrp_count + 1
2320                      trrp(trrp_count) = particles(n)
2321                      trrp(trrp_count)%x = trrp(trrp_count)%x - ( nx + 1 ) * dx
2322                      trrp(trrp_count)%origin_x = trrp(trrp_count)%origin_x - &
2323                                                  ( nx + 1 ) * dx
2324                      particle_mask(n) = .FALSE.
2325                      deleted_particles = deleted_particles + 1
2326
2327                      IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2328                         trrpt_count = trrpt_count + 1
2329                         trrpt(:,:,trrpt_count) = &
2330                                               particle_tail_coordinates(:,:,nn)
2331                         trrpt(:,1,trrpt_count) = trrpt(:,1,trrpt_count) - &
2332                                                  ( nx + 1 ) * dx
2333                         tail_mask(nn) = .FALSE.
2334                         deleted_tails = deleted_tails + 1
2335                      ENDIF
2336                   ENDIF
2337
2338                ELSEIF ( ibc_par_lr == 1 )  THEN
2339!
2340!--                Particle absorption
2341                   particle_mask(n) = .FALSE.
2342                   deleted_particles = deleted_particles + 1
2343                   IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2344                      tail_mask(nn) = .FALSE.
2345                      deleted_tails = deleted_tails + 1
2346                   ENDIF
2347
2348                ELSEIF ( ibc_par_lr == 2 )  THEN
2349!
2350!--                Particle reflection
2351                   particles(n)%x       = 2 * ( nx * dx ) - particles(n)%x
2352                   particles(n)%speed_x = -particles(n)%speed_x
2353
2354                ENDIF
2355             ELSE
2356!
2357!--             Store particle data in the transfer array, which will be send
2358!--             to the neighbouring PE
2359                trrp_count = trrp_count + 1
2360                trrp(trrp_count) = particles(n)
2361                particle_mask(n) = .FALSE.
2362                deleted_particles = deleted_particles + 1
2363
2364                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2365                   trrpt_count = trrpt_count + 1
2366                   trrpt(:,:,trrpt_count) = particle_tail_coordinates(:,:,nn)
2367                   tail_mask(nn) = .FALSE.
2368                   deleted_tails = deleted_tails + 1
2369                ENDIF
2370             ENDIF
2371
2372          ENDIF
2373       ENDDO
2374
2375!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##2'
2376!    CALL local_flush( 9 )
2377!    nd = 0
2378!    DO  n = 1, number_of_particles
2379!       IF ( .NOT. particle_mask(n) )  nd = nd + 1
2380!       IF ( particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id>number_of_tails ) &
2381!       THEN
2382!          WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
2383!          WRITE (9,*) '    id=',particles(n)%tail_id,' of (',number_of_tails,')'
2384!          CALL local_flush( 9 )
2385!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2386!       ENDIF
2387!    ENDDO
2388!    IF ( nd /= deleted_particles ) THEN
2389!       WRITE (9,*) '*** nd=',nd,' deleted_particles=',deleted_particles
2390!       CALL local_flush( 9 )
2391!       CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2392!    ENDIF
2393
2394!
2395!--    Send left boundary, receive right boundary (but first exchange how many
2396!--    and check, if particle storage must be extended)
2397       IF ( pdims(1) /= 1 )  THEN
2398
2399          CALL cpu_log( log_point_s(23), 'sendrcv_particles', 'start' )
2400          CALL MPI_SENDRECV( trlp_count,      1, MPI_INTEGER, pleft,  0, &
2401                             trrp_count_recv, 1, MPI_INTEGER, pright, 0, &
2402                             comm2d, status, ierr )
2403
2404          IF ( number_of_particles + trrp_count_recv > &
2405               maximum_number_of_particles )           &
2406          THEN
2407             IF ( netcdf_output  .AND.  netcdf_data_format < 3 )  THEN
2408                 message_string = 'maximum_number_of_particles ' //    &
2409                                  'needs to be increased ' //          &
2410                                  '&but this is not allowed with ' //  &
2411                                  'netcdf-data_format < 3'
2412                CALL message( 'advec_particles', 'PA0146', 2, 2, -1, 6, 1 )
2413             ELSE
2414!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: before allocate_prt_memory trrp'
2415!    CALL local_flush( 9 )
2416                CALL allocate_prt_memory( trrp_count_recv )
2417!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: after allocate_prt_memory trrp'
2418!    CALL local_flush( 9 )
2419             ENDIF
2420          ENDIF
2421
2422          CALL MPI_SENDRECV( trlp(1)%age, trlp_count, mpi_particle_type,     &
2423                             pleft, 1, particles(number_of_particles+1)%age, &
2424                             trrp_count_recv, mpi_particle_type, pright, 1,  &
2425                             comm2d, status, ierr )
2426
2427          IF ( use_particle_tails )  THEN
2428
2429             CALL MPI_SENDRECV( trlpt_count,      1, MPI_INTEGER, pleft,  0, &
2430                                trrpt_count_recv, 1, MPI_INTEGER, pright, 0, &
2431                                comm2d, status, ierr )
2432
2433             IF ( number_of_tails+trrpt_count_recv > maximum_number_of_tails ) &
2434             THEN
2435                IF ( netcdf_output  .AND.  netcdf_data_format < 3 )  THEN
2436                   message_string = 'maximum_number_of_tails ' //   &
2437                                    'needs to be increased ' //     &
2438                                    '&but this is not allowed wi'// &
2439                                    'th netcdf_data_format < 3'
2440                   CALL message( 'advec_particles', 'PA0147', 2, 2, -1, 6, 1 )
2441                ELSE
2442!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: before allocate_tail_memory trrpt'
2443!    CALL local_flush( 9 )
2444                   CALL allocate_tail_memory( trrpt_count_recv )
2445!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: after allocate_tail_memory trrpt'
2446!    CALL local_flush( 9 )
2447                ENDIF
2448             ENDIF
2449
2450             CALL MPI_SENDRECV( trlpt(1,1,1), trlpt_count*tlength, MPI_REAL,   &
2451                                pleft, 1,                                      &
2452                             particle_tail_coordinates(1,1,number_of_tails+1), &
2453                                trrpt_count_recv*tlength, MPI_REAL, pright, 1, &
2454                                comm2d, status, ierr )
2455!
2456!--          Update the tail ids for the transferred particles
2457             nn = number_of_tails
2458             DO  n = number_of_particles+1, number_of_particles+trrp_count_recv
2459                IF ( particles(n)%tail_id /= 0 )  THEN
2460                   nn = nn + 1
2461                   particles(n)%tail_id = nn
2462                ENDIF
2463             ENDDO
2464
2465          ENDIF
2466
2467          number_of_particles = number_of_particles + trrp_count_recv
2468          number_of_tails     = number_of_tails     + trrpt_count_recv
2469!       IF ( number_of_particles /= number_of_tails )  THEN
2470!          WRITE (9,*) '--- advec_particles: #3'
2471!          WRITE (9,*) '    #of p=',number_of_particles,' #of t=',number_of_tails
2472!          CALL local_flush( 9 )
2473!       ENDIF
2474
2475!
2476!--       Send right boundary, receive left boundary
2477          CALL MPI_SENDRECV( trrp_count,      1, MPI_INTEGER, pright, 0, &
2478                             trlp_count_recv, 1, MPI_INTEGER, pleft,  0, &
2479                             comm2d, status, ierr )
2480
2481          IF ( number_of_particles + trlp_count_recv > &
2482               maximum_number_of_particles )           &
2483          THEN
2484             IF ( netcdf_output  .AND.  netcdf_data_format < 3 )  THEN
2485                message_string = 'maximum_number_of_particles ' //  &
2486                                 'needs to be increased ' //        &
2487                                 '&but this is not allowed with '// &
2488                                 'netcdf_data_format < 3'
2489                CALL message( 'advec_particles', 'PA0146', 2, 2, -1, 6, 1 )
2490             ELSE
2491!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: before allocate_prt_memory trlp'
2492!    CALL local_flush( 9 )
2493                CALL allocate_prt_memory( trlp_count_recv )
2494!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: after allocate_prt_memory trlp'
2495!    CALL local_flush( 9 )
2496             ENDIF
2497          ENDIF
2498
2499          CALL MPI_SENDRECV( trrp(1)%age, trrp_count, mpi_particle_type,      &
2500                             pright, 1, particles(number_of_particles+1)%age, &
2501                             trlp_count_recv, mpi_particle_type, pleft, 1,    &
2502                             comm2d, status, ierr )
2503
2504          IF ( use_particle_tails )  THEN
2505
2506             CALL MPI_SENDRECV( trrpt_count,      1, MPI_INTEGER, pright, 0, &
2507                                trlpt_count_recv, 1, MPI_INTEGER, pleft,  0, &
2508                                comm2d, status, ierr )
2509
2510             IF ( number_of_tails+trlpt_count_recv > maximum_number_of_tails ) &
2511             THEN
2512                IF ( netcdf_output  .AND.  netcdf_data_format < 3 )  THEN
2513                   message_string = 'maximum_number_of_tails ' //   &
2514                                    'needs to be increased ' //     &
2515                                    '&but this is not allowed wi'// &
2516                                    'th netcdf_data_format < 3'
2517                   CALL message( 'advec_particles', 'PA0147', 2, 2, -1, 6, 1 ) 
2518                ELSE
2519!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: before allocate_tail_memory trlpt'
2520!    CALL local_flush( 9 )
2521                   CALL allocate_tail_memory( trlpt_count_recv )
2522!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: after allocate_tail_memory trlpt'
2523!    CALL local_flush( 9 )
2524                ENDIF
2525             ENDIF
2526
2527             CALL MPI_SENDRECV( trrpt(1,1,1), trrpt_count*tlength, MPI_REAL,   &
2528                                pright, 1,                                     &
2529                             particle_tail_coordinates(1,1,number_of_tails+1), &
2530                                trlpt_count_recv*tlength, MPI_REAL, pleft, 1,  &
2531                                comm2d, status, ierr )
2532!
2533!--          Update the tail ids for the transferred particles
2534             nn = number_of_tails
2535             DO  n = number_of_particles+1, number_of_particles+trlp_count_recv
2536                IF ( particles(n)%tail_id /= 0 )  THEN
2537                   nn = nn + 1
2538                   particles(n)%tail_id = nn
2539                ENDIF
2540             ENDDO
2541
2542          ENDIF
2543
2544          number_of_particles = number_of_particles + trlp_count_recv
2545          number_of_tails     = number_of_tails     + trlpt_count_recv
2546!       IF ( number_of_particles /= number_of_tails )  THEN
2547!          WRITE (9,*) '--- advec_particles: #4'
2548!          WRITE (9,*) '    #of p=',number_of_particles,' #of t=',number_of_tails
2549!          CALL local_flush( 9 )
2550!       ENDIF
2551
2552          IF ( use_particle_tails )  THEN
2553             DEALLOCATE( trlpt, trrpt )
2554          ENDIF
2555          DEALLOCATE( trlp, trrp ) 
2556
2557          CALL cpu_log( log_point_s(23), 'sendrcv_particles', 'pause' )
2558
2559       ENDIF
2560
2561!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##3'
2562!    CALL local_flush( 9 )
2563!    nd = 0
2564!    DO  n = 1, number_of_particles
2565!       IF ( .NOT. particle_mask(n) )  nd = nd + 1
2566!       IF ( particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id>number_of_tails ) &
2567!       THEN
2568!          WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
2569!          WRITE (9,*) '    id=',particles(n)%tail_id,' of (',number_of_tails,')'
2570!          CALL local_flush( 9 )
2571!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2572!       ENDIF
2573!    ENDDO
2574!    IF ( nd /= deleted_particles ) THEN
2575!       WRITE (9,*) '*** nd=',nd,' deleted_particles=',deleted_particles
2576!       CALL local_flush( 9 )
2577!       CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2578!    ENDIF
2579
2580!
2581!--    Check whether particles have crossed the boundaries in y direction. Note
2582!--    that this case can also apply to particles that have just been received
2583!--    from the adjacent right or left PE.
2584!--    Find out first the number of particles to be transferred and allocate
2585!--    temporary arrays needed to store them.
2586!--    For a one-dimensional decomposition along x, no transfer is necessary,
2587!--    because the particle remains on the PE.
2588       trsp_count  = 0
2589       trspt_count = 0
2590       trnp_count  = 0
2591       trnpt_count = 0
2592       IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
2593!
2594!--       First calculate the storage necessary for sending and receiving the
2595!--       data
2596          DO  n = 1, number_of_particles
2597             IF ( particle_mask(n) )  THEN
2598                j = ( particles(n)%y + 0.5 * dy ) * ddy
2599!
2600!--             Above calculation does not work for indices less than zero
2601                IF ( particles(n)%y < -0.5 * dy )  j = -1
2602
2603                IF ( j < nys )  THEN
2604                   trsp_count = trsp_count + 1
2605                   IF ( particles(n)%tail_id /= 0 )  trspt_count = trspt_count+1
2606                ELSEIF ( j > nyn )  THEN
2607                   trnp_count = trnp_count + 1
2608                   IF ( particles(n)%tail_id /= 0 )  trnpt_count = trnpt_count+1
2609                ENDIF
2610             ENDIF
2611          ENDDO
2612          IF ( trsp_count  == 0 )  trsp_count  = 1
2613          IF ( trspt_count == 0 )  trspt_count = 1
2614          IF ( trnp_count  == 0 )  trnp_count  = 1
2615          IF ( trnpt_count == 0 )  trnpt_count = 1
2616
2617          ALLOCATE( trsp(trsp_count), trnp(trnp_count) )
2618
2619          trsp = particle_type( 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, &
2620                                0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, &
2621                                0.0, 0, 0, 0, 0 )
2622          trnp = particle_type( 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, &
2623                                0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, &
2624                                0.0, 0, 0, 0, 0 )
2625
2626          IF ( use_particle_tails )  THEN
2627             ALLOCATE( trspt(maximum_number_of_tailpoints,5,trspt_count), &
2628                       trnpt(maximum_number_of_tailpoints,5,trnpt_count) )
2629             tlength = maximum_number_of_tailpoints * 5
2630          ENDIF
2631
2632          trsp_count  = 0
2633          trspt_count = 0
2634          trnp_count  = 0
2635          trnpt_count = 0
2636
2637       ENDIF
2638
2639!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##4'
2640!    CALL local_flush( 9 )
2641!    nd = 0
2642!    DO  n = 1, number_of_particles
2643!       IF ( .NOT. particle_mask(n) )  nd = nd + 1
2644!       IF ( particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id>number_of_tails ) &
2645!       THEN
2646!          WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
2647!          WRITE (9,*) '    id=',particles(n)%tail_id,' of (',number_of_tails,')'
2648!          CALL local_flush( 9 )
2649!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2650!       ENDIF
2651!    ENDDO
2652!    IF ( nd /= deleted_particles ) THEN
2653!       WRITE (9,*) '*** nd=',nd,' deleted_particles=',deleted_particles
2654!       CALL local_flush( 9 )
2655!       CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2656!    ENDIF
2657
2658       DO  n = 1, number_of_particles
2659
2660          nn = particles(n)%tail_id
2661!
2662!--       Only those particles that have not been marked as 'deleted' may be
2663!--       moved.
2664          IF ( particle_mask(n) )  THEN
2665             j = ( particles(n)%y + 0.5 * dy ) * ddy
2666!
2667!--          Above calculation does not work for indices less than zero
2668             IF ( particles(n)%y < -0.5 * dy )  j = -1
2669
2670             IF ( j < nys )  THEN
2671                IF ( j < 0 )  THEN
2672!
2673!--                Apply boundary condition along y
2674                   IF ( ibc_par_ns == 0 )  THEN
2675!
2676!--                   Cyclic condition
2677                      IF ( pdims(2) == 1 )  THEN
2678                         particles(n)%y = ( ny + 1 ) * dy + particles(n)%y
2679                         particles(n)%origin_y = ( ny + 1 ) * dy + &
2680                                                 particles(n)%origin_y
2681                         IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2682                            i = particles(n)%tailpoints
2683                            particle_tail_coordinates(1:i,2,nn) = ( ny+1 ) * dy&
2684                                           + particle_tail_coordinates(1:i,2,nn)
2685                         ENDIF
2686                      ELSE
2687                         trsp_count = trsp_count + 1
2688                         trsp(trsp_count) = particles(n)
2689                         trsp(trsp_count)%y = ( ny + 1 ) * dy + &
2690                                              trsp(trsp_count)%y
2691                         trsp(trsp_count)%origin_y = trsp(trsp_count)%origin_y &
2692                                              + ( ny + 1 ) * dy
2693                         particle_mask(n) = .FALSE.
2694                         deleted_particles = deleted_particles + 1
2695
2696                         IF ( trsp(trsp_count)%y >= (ny+0.5)* dy - 1.e-12 ) THEN
2697                            trsp(trsp_count)%y = trsp(trsp_count)%y - 1.e-10
2698                            trsp(trsp_count)%origin_y =                        &
2699                                                    trsp(trsp_count)%origin_y - 1
2700                         ENDIF
2701
2702                         IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2703                            trspt_count = trspt_count + 1
2704                            trspt(:,:,trspt_count) = &
2705                                               particle_tail_coordinates(:,:,nn)
2706                            trspt(:,2,trspt_count) = ( ny + 1 ) * dy + &
2707                                                     trspt(:,2,trspt_count)
2708                            tail_mask(nn) = .FALSE.
2709                            deleted_tails = deleted_tails + 1
2710                         ENDIF
2711                      ENDIF
2712
2713                   ELSEIF ( ibc_par_ns == 1 )  THEN
2714!
2715!--                   Particle absorption
2716                      particle_mask(n) = .FALSE.
2717                      deleted_particles = deleted_particles + 1
2718                      IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2719                         tail_mask(nn) = .FALSE.
2720                         deleted_tails = deleted_tails + 1
2721                      ENDIF
2722
2723                   ELSEIF ( ibc_par_ns == 2 )  THEN
2724!
2725!--                   Particle reflection
2726                      particles(n)%y       = -particles(n)%y
2727                      particles(n)%speed_y = -particles(n)%speed_y
2728
2729                   ENDIF
2730                ELSE
2731!
2732!--                Store particle data in the transfer array, which will be send
2733!--                to the neighbouring PE
2734                   trsp_count = trsp_count + 1
2735                   trsp(trsp_count) = particles(n)
2736                   particle_mask(n) = .FALSE.
2737                   deleted_particles = deleted_particles + 1
2738
2739                   IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2740                      trspt_count = trspt_count + 1
2741                      trspt(:,:,trspt_count) = particle_tail_coordinates(:,:,nn)
2742                      tail_mask(nn) = .FALSE.
2743                      deleted_tails = deleted_tails + 1
2744                   ENDIF
2745                ENDIF
2746
2747             ELSEIF ( j > nyn )  THEN
2748                IF ( j > ny )  THEN
2749!
2750!--                Apply boundary condition along x
2751                   IF ( ibc_par_ns == 0 )  THEN
2752!
2753!--                   Cyclic condition
2754                      IF ( pdims(2) == 1 )  THEN
2755                         particles(n)%y = particles(n)%y - ( ny + 1 ) * dy
2756                         particles(n)%origin_y = particles(n)%origin_y - &
2757                                                 ( ny + 1 ) * dy
2758                         IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2759                            i = particles(n)%tailpoints
2760                            particle_tail_coordinates(1:i,2,nn) = - (ny+1) * dy&
2761                                           + particle_tail_coordinates(1:i,2,nn)
2762                         ENDIF
2763                      ELSE
2764                         trnp_count = trnp_count + 1
2765                         trnp(trnp_count) = particles(n)
2766                         trnp(trnp_count)%y = trnp(trnp_count)%y - &
2767                                              ( ny + 1 ) * dy
2768                         trnp(trnp_count)%origin_y = trnp(trnp_count)%origin_y &
2769                                                     - ( ny + 1 ) * dy
2770                         particle_mask(n) = .FALSE.
2771                         deleted_particles = deleted_particles + 1
2772
2773                         IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2774                            trnpt_count = trnpt_count + 1
2775                            trnpt(:,:,trnpt_count) = &
2776                                               particle_tail_coordinates(:,:,nn)
2777                            trnpt(:,2,trnpt_count) = trnpt(:,2,trnpt_count) - &
2778                                                     ( ny + 1 ) * dy
2779                            tail_mask(nn) = .FALSE.
2780                            deleted_tails = deleted_tails + 1
2781                         ENDIF
2782                      ENDIF
2783
2784                   ELSEIF ( ibc_par_ns == 1 )  THEN
2785!
2786!--                   Particle absorption
2787                      particle_mask(n) = .FALSE.
2788                      deleted_particles = deleted_particles + 1
2789                      IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2790                         tail_mask(nn) = .FALSE.
2791                         deleted_tails = deleted_tails + 1
2792                      ENDIF
2793
2794                   ELSEIF ( ibc_par_ns == 2 )  THEN
2795!
2796!--                   Particle reflection
2797                      particles(n)%y       = 2 * ( ny * dy ) - particles(n)%y
2798                      particles(n)%speed_y = -particles(n)%speed_y
2799
2800                   ENDIF
2801                ELSE
2802!
2803!--                Store particle data in the transfer array, which will be send
2804!--                to the neighbouring PE
2805                   trnp_count = trnp_count + 1
2806                   trnp(trnp_count) = particles(n)
2807                   particle_mask(n) = .FALSE.
2808                   deleted_particles = deleted_particles + 1
2809
2810                   IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
2811                      trnpt_count = trnpt_count + 1
2812                      trnpt(:,:,trnpt_count) = particle_tail_coordinates(:,:,nn)
2813                      tail_mask(nn) = .FALSE.
2814                      deleted_tails = deleted_tails + 1
2815                   ENDIF
2816                ENDIF
2817
2818             ENDIF
2819          ENDIF
2820       ENDDO
2821
2822!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##5'
2823!    CALL local_flush( 9 )
2824!    nd = 0
2825!    DO  n = 1, number_of_particles
2826!       IF ( .NOT. particle_mask(n) )  nd = nd + 1
2827!       IF ( particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id>number_of_tails ) &
2828!       THEN
2829!          WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
2830!          WRITE (9,*) '    id=',particles(n)%tail_id,' of (',number_of_tails,')'
2831!          CALL local_flush( 9 )
2832!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2833!       ENDIF
2834!    ENDDO
2835!    IF ( nd /= deleted_particles ) THEN
2836!       WRITE (9,*) '*** nd=',nd,' deleted_particles=',deleted_particles
2837!       CALL local_flush( 9 )
2838!       CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
2839!    ENDIF
2840
2841!
2842!--    Send front boundary, receive back boundary (but first exchange how many
2843!--    and check, if particle storage must be extended)
2844       IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
2845
2846          CALL cpu_log( log_point_s(23), 'sendrcv_particles', 'continue' )
2847          CALL MPI_SENDRECV( trsp_count,      1, MPI_INTEGER, psouth, 0, &
2848                             trnp_count_recv, 1, MPI_INTEGER, pnorth, 0, &
2849                             comm2d, status, ierr )
2850
2851          IF ( number_of_particles + trnp_count_recv > &
2852               maximum_number_of_particles )           &
2853          THEN
2854             IF ( netcdf_output  .AND.  netcdf_data_format < 3 )  THEN
2855                message_string = 'maximum_number_of_particles ' //  &
2856                                 'needs to be increased ' //        &
2857                                 '&but this is not allowed with '// &
2858                                 'netcdf_data_format < 3'
2859                CALL message( 'advec_particles', 'PA0146', 2, 2, -1, 6, 1 ) 
2860             ELSE
2861!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: before allocate_prt_memory trnp'
2862!    CALL local_flush( 9 )
2863                CALL allocate_prt_memory( trnp_count_recv )
2864!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: after allocate_prt_memory trnp'
2865!    CALL local_flush( 9 )
2866             ENDIF
2867          ENDIF
2868
2869          CALL MPI_SENDRECV( trsp(1)%age, trsp_count, mpi_particle_type,      &
2870                             psouth, 1, particles(number_of_particles+1)%age, &
2871                             trnp_count_recv, mpi_particle_type, pnorth, 1,   &
2872                             comm2d, status, ierr )
2873
2874          IF ( use_particle_tails )  THEN
2875
2876             CALL MPI_SENDRECV( trspt_count,      1, MPI_INTEGER, psouth, 0, &
2877                                trnpt_count_recv, 1, MPI_INTEGER, pnorth, 0, &
2878                                comm2d, status, ierr )
2879
2880             IF ( number_of_tails+trnpt_count_recv > maximum_number_of_tails ) &
2881             THEN
2882                IF ( netcdf_output  .AND.  netcdf_data_format < 3 )  THEN
2883                   message_string = 'maximum_number_of_tails ' //    &
2884                                    'needs to be increased ' //      &
2885                                    '&but this is not allowed wi' // &
2886                                    'th netcdf_data_format < 3'
2887                   CALL message( 'advec_particles', 'PA0147', 2, 2, -1, 6, 1 ) 
2888                ELSE
2889!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: before allocate_tail_memory trnpt'
2890!    CALL local_flush( 9 )
2891                   CALL allocate_tail_memory( trnpt_count_recv )
2892!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: after allocate_tail_memory trnpt'
2893!    CALL local_flush( 9 )
2894                ENDIF
2895             ENDIF
2896
2897             CALL MPI_SENDRECV( trspt(1,1,1), trspt_count*tlength, MPI_REAL,   &
2898                                psouth, 1,                                     &
2899                             particle_tail_coordinates(1,1,number_of_tails+1), &
2900                                trnpt_count_recv*tlength, MPI_REAL, pnorth, 1, &
2901                                comm2d, status, ierr )
2902
2903!
2904!--          Update the tail ids for the transferred particles
2905             nn = number_of_tails
2906             DO  n = number_of_particles+1, number_of_particles+trnp_count_recv
2907                IF ( particles(n)%tail_id /= 0 )  THEN
2908                   nn = nn + 1
2909                   particles(n)%tail_id = nn
2910                ENDIF
2911             ENDDO
2912
2913          ENDIF
2914
2915          number_of_particles = number_of_particles + trnp_count_recv
2916          number_of_tails     = number_of_tails     + trnpt_count_recv
2917!       IF ( number_of_particles /= number_of_tails )  THEN
2918!          WRITE (9,*) '--- advec_particles: #5'
2919!          WRITE (9,*) '    #of p=',number_of_particles,' #of t=',number_of_tails
2920!          CALL local_flush( 9 )
2921!       ENDIF
2922
2923!
2924!--       Send back boundary, receive front boundary
2925          CALL MPI_SENDRECV( trnp_count,      1, MPI_INTEGER, pnorth, 0, &
2926                             trsp_count_recv, 1, MPI_INTEGER, psouth, 0, &
2927                             comm2d, status, ierr )
2928
2929          IF ( number_of_particles + trsp_count_recv > &
2930               maximum_number_of_particles )           &
2931          THEN
2932             IF ( netcdf_output  .AND.  netcdf_data_format < 3 )  THEN
2933                message_string = 'maximum_number_of_particles ' //   &
2934                                 'needs to be increased ' //         &
2935                                 '&but this is not allowed with ' // &
2936                                 'netcdf_data_format < 3'
2937               CALL message( 'advec_particles', 'PA0146', 2, 2, -1, 6, 1 ) 
2938             ELSE
2939!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: before allocate_prt_memory trsp'
2940!    CALL local_flush( 9 )
2941                CALL allocate_prt_memory( trsp_count_recv )
2942!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: after allocate_prt_memory trsp'
2943!    CALL local_flush( 9 )
2944             ENDIF
2945          ENDIF
2946
2947          CALL MPI_SENDRECV( trnp(1)%age, trnp_count, mpi_particle_type,      &
2948                             pnorth, 1, particles(number_of_particles+1)%age, &
2949                             trsp_count_recv, mpi_particle_type, psouth, 1,   &
2950                             comm2d, status, ierr )
2951
2952          IF ( use_particle_tails )  THEN
2953
2954             CALL MPI_SENDRECV( trnpt_count,      1, MPI_INTEGER, pnorth, 0, &
2955                                trspt_count_recv, 1, MPI_INTEGER, psouth, 0, &
2956                                comm2d, status, ierr )
2957
2958             IF ( number_of_tails+trspt_count_recv > maximum_number_of_tails ) &
2959             THEN
2960                IF ( netcdf_output  .AND.  netcdf_data_format < 3 )  THEN
2961                   message_string = 'maximum_number_of_tails ' //   &
2962                                    'needs to be increased ' //     &
2963                                    '&but this is not allowed wi'// &
2964                                    'th NetCDF output switched on'
2965                   CALL message( 'advec_particles', 'PA0147', 2, 2, -1, 6, 1 )
2966                ELSE
2967!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: before allocate_tail_memory trspt'
2968!    CALL local_flush( 9 )
2969                   CALL allocate_tail_memory( trspt_count_recv )
2970!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: after allocate_tail_memory trspt'
2971!    CALL local_flush( 9 )
2972                ENDIF
2973             ENDIF
2974
2975             CALL MPI_SENDRECV( trnpt(1,1,1), trnpt_count*tlength, MPI_REAL,   &
2976                                pnorth, 1,                                     &
2977                             particle_tail_coordinates(1,1,number_of_tails+1), &
2978                                trspt_count_recv*tlength, MPI_REAL, psouth, 1, &
2979                                comm2d, status, ierr )
2980!
2981!--          Update the tail ids for the transferred particles
2982             nn = number_of_tails
2983             DO  n = number_of_particles+1, number_of_particles+trsp_count_recv
2984                IF ( particles(n)%tail_id /= 0 )  THEN
2985                   nn = nn + 1
2986                   particles(n)%tail_id = nn
2987                ENDIF
2988             ENDDO
2989
2990          ENDIF
2991
2992          number_of_particles = number_of_particles + trsp_count_recv
2993          number_of_tails     = number_of_tails     + trspt_count_recv
2994!       IF ( number_of_particles /= number_of_tails )  THEN
2995!          WRITE (9,*) '--- advec_particles: #6'
2996!          WRITE (9,*) '    #of p=',number_of_particles,' #of t=',number_of_tails
2997!          CALL local_flush( 9 )
2998!       ENDIF
2999
3000          IF ( use_particle_tails )  THEN
3001             DEALLOCATE( trspt, trnpt )
3002          ENDIF
3003          DEALLOCATE( trsp, trnp )
3004
3005          CALL cpu_log( log_point_s(23), 'sendrcv_particles', 'stop' )
3006
3007       ENDIF
3008
3009!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##6'
3010!    CALL local_flush( 9 )
3011!    nd = 0
3012!    DO  n = 1, number_of_particles
3013!       IF ( .NOT. particle_mask(n) )  nd = nd + 1
3014!       IF ( particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id>number_of_tails ) &
3015!       THEN
3016!          WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
3017!          WRITE (9,*) '    id=',particles(n)%tail_id,' of (',number_of_tails,')'
3018!          CALL local_flush( 9 )
3019!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
3020!       ENDIF
3021!    ENDDO
3022!    IF ( nd /= deleted_particles ) THEN
3023!       WRITE (9,*) '*** nd=',nd,' deleted_particles=',deleted_particles
3024!       CALL local_flush( 9 )
3025!       CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
3026!    ENDIF
3027
3028#else
3029
3030!
3031!--    Apply boundary conditions
3032       DO  n = 1, number_of_particles
3033
3034          nn = particles(n)%tail_id
3035
3036          IF ( particles(n)%x < -0.5 * dx )  THEN
3037
3038             IF ( ibc_par_lr == 0 )  THEN
3039!
3040!--             Cyclic boundary. Relevant coordinate has to be changed.
3041                particles(n)%x = ( nx + 1 ) * dx + particles(n)%x
3042                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3043                   i = particles(n)%tailpoints
3044                   particle_tail_coordinates(1:i,1,nn) = ( nx + 1 ) * dx + &
3045                                             particle_tail_coordinates(1:i,1,nn)
3046                ENDIF
3047             ELSEIF ( ibc_par_lr == 1 )  THEN
3048!
3049!--             Particle absorption
3050                particle_mask(n) = .FALSE.
3051                deleted_particles = deleted_particles + 1
3052                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3053                   tail_mask(nn) = .FALSE.
3054                   deleted_tails = deleted_tails + 1
3055                ENDIF
3056             ELSEIF ( ibc_par_lr == 2 )  THEN
3057!
3058!--             Particle reflection
3059                particles(n)%x       = -dx - particles(n)%x
3060                particles(n)%speed_x = -particles(n)%speed_x
3061             ENDIF
3062
3063          ELSEIF ( particles(n)%x >= ( nx + 0.5 ) * dx )  THEN
3064
3065             IF ( ibc_par_lr == 0 )  THEN
3066!
3067!--             Cyclic boundary. Relevant coordinate has to be changed.
3068                particles(n)%x = particles(n)%x - ( nx + 1 ) * dx
3069                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3070                   i = particles(n)%tailpoints
3071                   particle_tail_coordinates(1:i,1,nn) = - ( nx + 1 ) * dx + &
3072                                             particle_tail_coordinates(1:i,1,nn)
3073                ENDIF
3074             ELSEIF ( ibc_par_lr == 1 )  THEN
3075!
3076!--             Particle absorption
3077                particle_mask(n) = .FALSE.
3078                deleted_particles = deleted_particles + 1
3079                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3080                   tail_mask(nn) = .FALSE.
3081                   deleted_tails = deleted_tails + 1
3082                ENDIF
3083             ELSEIF ( ibc_par_lr == 2 )  THEN
3084!
3085!--             Particle reflection
3086                particles(n)%x       = ( nx + 1 ) * dx - particles(n)%x
3087                particles(n)%speed_x = -particles(n)%speed_x
3088             ENDIF
3089
3090          ENDIF
3091
3092          IF ( particles(n)%y < -0.5 * dy )  THEN
3093
3094             IF ( ibc_par_ns == 0 )  THEN
3095!
3096!--             Cyclic boundary. Relevant coordinate has to be changed.
3097                particles(n)%y = ( ny + 1 ) * dy + particles(n)%y
3098                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3099                   i = particles(n)%tailpoints
3100                   particle_tail_coordinates(1:i,2,nn) = ( ny + 1 ) * dy + &
3101                                             particle_tail_coordinates(1:i,2,nn)
3102                ENDIF
3103             ELSEIF ( ibc_par_ns == 1 )  THEN
3104!
3105!--             Particle absorption
3106                particle_mask(n) = .FALSE.
3107                deleted_particles = deleted_particles + 1
3108                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3109                   tail_mask(nn) = .FALSE.
3110                   deleted_tails = deleted_tails + 1
3111                ENDIF
3112             ELSEIF ( ibc_par_ns == 2 )  THEN
3113!
3114!--             Particle reflection
3115                particles(n)%y       = -dy - particles(n)%y
3116                particles(n)%speed_y = -particles(n)%speed_y
3117             ENDIF
3118
3119          ELSEIF ( particles(n)%y >= ( ny + 0.5 ) * dy )  THEN
3120
3121             IF ( ibc_par_ns == 0 )  THEN
3122!
3123!--             Cyclic boundary. Relevant coordinate has to be changed.
3124                particles(n)%y = particles(n)%y - ( ny + 1 ) * dy
3125                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3126                   i = particles(n)%tailpoints
3127                   particle_tail_coordinates(1:i,2,nn) = - ( ny + 1 ) * dy + &
3128                                             particle_tail_coordinates(1:i,2,nn)
3129                ENDIF
3130             ELSEIF ( ibc_par_ns == 1 )  THEN
3131!
3132!--             Particle absorption
3133                particle_mask(n) = .FALSE.
3134                deleted_particles = deleted_particles + 1
3135                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3136                   tail_mask(nn) = .FALSE.
3137                   deleted_tails = deleted_tails + 1
3138                ENDIF
3139             ELSEIF ( ibc_par_ns == 2 )  THEN
3140!
3141!--             Particle reflection
3142                particles(n)%y       = ( ny + 1 ) * dy - particles(n)%y
3143                particles(n)%speed_y = -particles(n)%speed_y
3144             ENDIF
3145
3146          ENDIF
3147       ENDDO
3148
3149#endif
3150
3151!
3152!--    Apply boundary conditions to those particles that have crossed the top or
3153!--    bottom boundary and delete those particles, which are older than allowed
3154       DO  n = 1, number_of_particles
3155
3156          nn = particles(n)%tail_id
3157
3158!
3159!--       Stop if particles have moved further than the length of one
3160!--       PE subdomain (newly released particles have age = age_m!)
3161          IF ( particles(n)%age /= particles(n)%age_m )  THEN
3162             IF ( ABS(particles(n)%speed_x) >                                  &
3163                  ((nxr-nxl+2)*dx)/(particles(n)%age-particles(n)%age_m)  .OR. &
3164                  ABS(particles(n)%speed_y) >                                  &
3165                  ((nyn-nys+2)*dy)/(particles(n)%age-particles(n)%age_m) )  THEN
3166
3167                  WRITE( message_string, * )  'particle too fast.  n = ',  n 
3168                  CALL message( 'advec_particles', 'PA0148', 2, 2, -1, 6, 1 )
3169             ENDIF
3170          ENDIF
3171
3172          IF ( particles(n)%age > particle_maximum_age  .AND.  &
3173               particle_mask(n) )                              &
3174          THEN
3175             particle_mask(n)  = .FALSE.
3176             deleted_particles = deleted_particles + 1
3177             IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3178                tail_mask(nn) = .FALSE.
3179                deleted_tails = deleted_tails + 1
3180             ENDIF
3181          ENDIF
3182
3183          IF ( particles(n)%z >= zu(nz)  .AND.  particle_mask(n) )  THEN
3184             IF ( ibc_par_t == 1 )  THEN
3185!
3186!--             Particle absorption
3187                particle_mask(n)  = .FALSE.
3188                deleted_particles = deleted_particles + 1
3189                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3190                   tail_mask(nn) = .FALSE.
3191                   deleted_tails = deleted_tails + 1
3192                ENDIF
3193             ELSEIF ( ibc_par_t == 2 )  THEN
3194!
3195!--             Particle reflection
3196                particles(n)%z       = 2.0 * zu(nz) - particles(n)%z
3197                particles(n)%speed_z = -particles(n)%speed_z
3198                IF ( use_sgs_for_particles  .AND. &
3199                     particles(n)%speed_z_sgs > 0.0 )  THEN
3200                   particles(n)%speed_z_sgs = -particles(n)%speed_z_sgs
3201                ENDIF
3202                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3203                   particle_tail_coordinates(1,3,nn) = 2.0 * zu(nz) - &
3204                                               particle_tail_coordinates(1,3,nn)
3205                ENDIF
3206             ENDIF
3207          ENDIF
3208          IF ( particles(n)%z < zw(0)  .AND.  particle_mask(n) )  THEN
3209             IF ( ibc_par_b == 1 )  THEN
3210!
3211!--             Particle absorption
3212                particle_mask(n)  = .FALSE.
3213                deleted_particles = deleted_particles + 1
3214                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3215                   tail_mask(nn) = .FALSE.
3216                   deleted_tails = deleted_tails + 1
3217                ENDIF
3218             ELSEIF ( ibc_par_b == 2 )  THEN
3219!
3220!--             Particle reflection
3221                particles(n)%z       = 2.0 * zw(0) - particles(n)%z
3222                particles(n)%speed_z = -particles(n)%speed_z
3223                IF ( use_sgs_for_particles  .AND. &
3224                     particles(n)%speed_z_sgs < 0.0 )  THEN
3225                   particles(n)%speed_z_sgs = -particles(n)%speed_z_sgs
3226                ENDIF
3227                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3228                   particle_tail_coordinates(1,3,nn) = 2.0 * zu(nz) - &
3229                                               particle_tail_coordinates(1,3,nn)
3230                ENDIF
3231                IF ( use_particle_tails  .AND.  nn /= 0 )  THEN
3232                   particle_tail_coordinates(1,3,nn) = 2.0 * zw(0) - &
3233                                               particle_tail_coordinates(1,3,nn)
3234                ENDIF
3235             ENDIF
3236          ENDIF
3237       ENDDO
3238
3239!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##7'
3240!    CALL local_flush( 9 )
3241!    nd = 0
3242!    DO  n = 1, number_of_particles
3243!       IF ( .NOT. particle_mask(n) )  nd = nd + 1
3244!       IF ( particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id>number_of_tails ) &
3245!       THEN
3246!          WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
3247!          WRITE (9,*) '    id=',particles(n)%tail_id,' of (',number_of_tails,')'
3248!          CALL local_flush( 9 )
3249!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
3250!       ENDIF
3251!    ENDDO
3252!    IF ( nd /= deleted_particles ) THEN
3253!       WRITE (9,*) '*** nd=',nd,' deleted_particles=',deleted_particles
3254!       CALL local_flush( 9 )
3255!       CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
3256!    ENDIF
3257
3258!
3259!--    Pack particles (eliminate those marked for deletion),
3260!--    determine new number of particles
3261       IF ( number_of_particles > 0  .AND.  deleted_particles > 0 )  THEN
3262          nn = 0
3263          nd = 0
3264          DO  n = 1, number_of_particles
3265             IF ( particle_mask(n) )  THEN
3266                nn = nn + 1
3267                particles(nn) = particles(n)
3268             ELSE
3269                nd = nd + 1
3270             ENDIF
3271          ENDDO
3272!       IF ( nd /= deleted_particles ) THEN
3273!          WRITE (9,*) '*** advec_part nd=',nd,' deleted_particles=',deleted_particles
3274!          CALL local_flush( 9 )
3275!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
3276!       ENDIF
3277
3278          number_of_particles = number_of_particles - deleted_particles
3279!
3280!--       Pack the tails, store the new tail ids and re-assign it to the
3281!--       respective
3282!--       particles
3283          IF ( use_particle_tails )  THEN
3284             nn = 0
3285             nd = 0
3286             DO  n = 1, number_of_tails
3287                IF ( tail_mask(n) )  THEN
3288                   nn = nn + 1
3289                   particle_tail_coordinates(:,:,nn) = &
3290                                                particle_tail_coordinates(:,:,n)
3291                   new_tail_id(n) = nn
3292                ELSE
3293                   nd = nd + 1
3294!                WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_tails,' #oftails)'
3295!                WRITE (9,*) '    id=',new_tail_id(n)
3296!                CALL local_flush( 9 )
3297                ENDIF
3298             ENDDO
3299          ENDIF
3300
3301!       IF ( nd /= deleted_tails  .AND.  use_particle_tails ) THEN
3302!          WRITE (9,*) '*** advec_part nd=',nd,' deleted_tails=',deleted_tails
3303!          CALL local_flush( 9 )
3304!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
3305!       ENDIF
3306
3307          number_of_tails = number_of_tails - deleted_tails
3308
3309!     nn = 0
3310          DO  n = 1, number_of_particles
3311             IF ( particles(n)%tail_id /= 0 )  THEN
3312!     nn = nn + 1
3313!     IF (  particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id > number_of_tails )  THEN
3314!        WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
3315!        WRITE (9,*) '    tail_id=',particles(n)%tail_id
3316!        WRITE (9,*) '    new_tail_id=', new_tail_id(particles(n)%tail_id), &
3317!                         ' of (',number_of_tails,')'
3318!        CALL local_flush( 9 )
3319!     ENDIF
3320                particles(n)%tail_id = new_tail_id(particles(n)%tail_id)
3321             ENDIF
3322          ENDDO
3323
3324!     IF ( nn /= number_of_tails  .AND.  use_particle_tails ) THEN
3325!        WRITE (9,*) '*** advec_part #of_tails=',number_of_tails,' nn=',nn
3326!        CALL local_flush( 9 )
3327!        DO  n = 1, number_of_particles
3328!           WRITE (9,*) 'prt# ',n,' tail_id=',particles(n)%tail_id, &
3329!                       ' x=',particles(n)%x, ' y=',particles(n)%y, &
3330!                       ' z=',particles(n)%z
3331!        ENDDO
3332!        CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
3333!     ENDIF
3334
3335       ENDIF
3336
3337!    IF ( number_of_particles /= number_of_tails )  THEN
3338!       WRITE (9,*) '--- advec_particles: #7'
3339!       WRITE (9,*) '    #of p=',number_of_particles,' #of t=',number_of_tails
3340!       CALL local_flush( 9 )
3341!    ENDIF
3342!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##8'
3343!    CALL local_flush( 9 )
3344!    DO  n = 1, number_of_particles
3345!       IF ( particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id>number_of_tails ) &
3346!       THEN
3347!          WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
3348!          WRITE (9,*) '    id=',particles(n)%tail_id,' of (',number_of_tails,')'
3349!          CALL local_flush( 9 )
3350!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
3351!       ENDIF
3352!    ENDDO
3353
3354!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##9'
3355!    CALL local_flush( 9 )
3356!    DO  n = 1, number_of_particles
3357!       IF ( particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id>number_of_tails ) &
3358!       THEN
3359!          WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
3360!          WRITE (9,*) '    id=',particles(n)%tail_id,' of (',number_of_tails,')'
3361!          CALL local_flush( 9 )
3362!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
3363!       ENDIF
3364!    ENDDO
3365
3366!
3367!--    Accumulate the number of particles transferred between the subdomains
3368#if defined( __parallel )
3369       trlp_count_sum      = trlp_count_sum      + trlp_count
3370       trlp_count_recv_sum = trlp_count_recv_sum + trlp_count_recv
3371       trrp_count_sum      = trrp_count_sum      + trrp_count
3372       trrp_count_recv_sum = trrp_count_recv_sum + trrp_count_recv
3373       trsp_count_sum      = trsp_count_sum      + trsp_count
3374       trsp_count_recv_sum = trsp_count_recv_sum + trsp_count_recv
3375       trnp_count_sum      = trnp_count_sum      + trnp_count
3376       trnp_count_recv_sum = trnp_count_recv_sum + trnp_count_recv
3377#endif
3378
3379       IF ( dt_3d_reached )  EXIT
3380
3381!
3382!--    Initialize variables for the next (sub-) timestep, i.e. for marking those
3383!--    particles to be deleted after the timestep
3384       particle_mask     = .TRUE.
3385       deleted_particles = 0
3386       trlp_count_recv   = 0
3387       trnp_count_recv   = 0
3388       trrp_count_recv   = 0
3389       trsp_count_recv   = 0
3390       trlpt_count_recv  = 0
3391       trnpt_count_recv  = 0
3392       trrpt_count_recv  = 0
3393       trspt_count_recv  = 0
3394       IF ( use_particle_tails )  THEN
3395          tail_mask     = .TRUE.
3396       ENDIF
3397       deleted_tails = 0
3398
3399    ENDDO   ! timestep loop
3400
3401!
3402!-- Sort particles in the sequence the gridboxes are stored in the memory
3403    time_sort_particles = time_sort_particles + dt_3d
3404    IF ( time_sort_particles >= dt_sort_particles )  THEN
3405       CALL sort_particles
3406       time_sort_particles = MOD( time_sort_particles, &
3407                                  MAX( dt_sort_particles, dt_3d ) )
3408    ENDIF
3409
3410    IF ( cloud_droplets )  THEN
3411
3412       CALL cpu_log( log_point_s(45), 'advec_part_reeval_we', 'start' )
3413
3414       ql = 0.0;  ql_v = 0.0;  ql_vp = 0.0
3415
3416!
3417!--    Calculate the liquid water content
3418       DO  i = nxl, nxr
3419          DO  j = nys, nyn
3420             DO  k = nzb, nzt+1
3421
3422!
3423!--             Calculate the total volume in the boxes (ql_v, weighting factor
3424!--             has to beincluded)
3425                psi = prt_start_index(k,j,i)
3426                DO  n = psi, psi+prt_count(k,j,i)-1
3427                   ql_v(k,j,i)  = ql_v(k,j,i)  + particles(n)%weight_factor *  &
3428                                                 particles(n)%radius**3
3429                ENDDO
3430
3431!
3432!--             Calculate the liquid water content
3433                IF ( ql_v(k,j,i) /= 0.0 )  THEN
3434                   ql(k,j,i) = ql(k,j,i) + rho_l * 1.33333333 * pi *           &
3435                                           ql_v(k,j,i) /                       &
3436                                           ( rho_surface * dx * dy * dz )
3437
3438                   IF ( ql(k,j,i) < 0.0 ) THEN
3439                      WRITE( message_string, * )  'LWC out of range: ' , &
3440                                                  ql(k,j,i)
3441                         CALL message( 'advec_particles', '', 2, 2, -1, 6, 1 )
3442                   ENDIF
3443
3444                ELSE
3445                   ql(k,j,i) = 0.0
3446                ENDIF
3447
3448             ENDDO
3449          ENDDO
3450       ENDDO
3451
3452       CALL cpu_log( log_point_s(45), 'advec_part_reeval_we', 'stop' )
3453
3454    ENDIF
3455
3456!
3457!-- Set particle attributes
3458    CALL set_particle_attributes
3459
3460!
3461!-- Set particle attributes defined by the user
3462    CALL user_particle_attributes
3463!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##10'
3464!    CALL local_flush( 9 )
3465!    DO  n = 1, number_of_particles
3466!       IF ( particles(n)%tail_id<0 .OR. particles(n)%tail_id>number_of_tails ) &
3467!       THEN
3468!          WRITE (9,*) '+++ n=',n,' (of ',number_of_particles,')'
3469!          WRITE (9,*) '    id=',particles(n)%tail_id,' of (',number_of_tails,')'
3470!          CALL local_flush( 9 )
3471!          CALL MPI_ABORT( comm2d, 9999, ierr )
3472!       ENDIF
3473!    ENDDO
3474
3475!
3476!-- If necessary, add the actual particle positions to the particle tails
3477    IF ( use_particle_tails )  THEN
3478
3479       distance = 0.0
3480       DO  n = 1, number_of_particles
3481
3482          nn = particles(n)%tail_id
3483
3484          IF ( nn /= 0 )  THEN
3485!
3486!--          Calculate the distance between the actual particle position and the
3487!--          next tailpoint
3488!             WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##10.1  nn=',nn
3489!             CALL local_flush( 9 )
3490             IF ( minimum_tailpoint_distance /= 0.0 )  THEN
3491                distance = ( particle_tail_coordinates(1,1,nn) -      &
3492                             particle_tail_coordinates(2,1,nn) )**2 + &
3493                           ( particle_tail_coordinates(1,2,nn) -      &
3494                             particle_tail_coordinates(2,2,nn) )**2 + &
3495                           ( particle_tail_coordinates(1,3,nn) -      &
3496                             particle_tail_coordinates(2,3,nn) )**2
3497             ENDIF
3498!             WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##10.2'
3499!             CALL local_flush( 9 )
3500!
3501!--          First, increase the index of all existings tailpoints by one
3502             IF ( distance >= minimum_tailpoint_distance )  THEN
3503                DO i = particles(n)%tailpoints, 1, -1
3504                   particle_tail_coordinates(i+1,:,nn) = &
3505                                               particle_tail_coordinates(i,:,nn)
3506                ENDDO
3507!
3508!--             Increase the counter which contains the number of tailpoints.
3509!--             This must always be smaller than the given maximum number of
3510!--             tailpoints because otherwise the index bounds of
3511!--             particle_tail_coordinates would be exceeded
3512                IF ( particles(n)%tailpoints < maximum_number_of_tailpoints-1 )&
3513                THEN
3514                   particles(n)%tailpoints = particles(n)%tailpoints + 1
3515                ENDIF
3516             ENDIF
3517!             WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##10.3'
3518!             CALL local_flush( 9 )
3519!
3520!--          In any case, store the new point at the beginning of the tail
3521             particle_tail_coordinates(1,1,nn) = particles(n)%x
3522             particle_tail_coordinates(1,2,nn) = particles(n)%y
3523             particle_tail_coordinates(1,3,nn) = particles(n)%z
3524             particle_tail_coordinates(1,4,nn) = particles(n)%color
3525!             WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##10.4'
3526!             CALL local_flush( 9 )
3527!
3528!--          Increase the age of the tailpoints
3529             IF ( minimum_tailpoint_distance /= 0.0 )  THEN
3530                particle_tail_coordinates(2:particles(n)%tailpoints,5,nn) =    &
3531                   particle_tail_coordinates(2:particles(n)%tailpoints,5,nn) + &
3532                   dt_3d
3533!
3534!--             Delete the last tailpoint, if it has exceeded its maximum age
3535                IF ( particle_tail_coordinates(particles(n)%tailpoints,5,nn) > &
3536                     maximum_tailpoint_age )  THEN
3537                   particles(n)%tailpoints = particles(n)%tailpoints - 1
3538                ENDIF
3539             ENDIF
3540!             WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##10.5'
3541!             CALL local_flush( 9 )
3542
3543          ENDIF
3544
3545       ENDDO
3546
3547    ENDIF
3548!    WRITE ( 9, * ) '*** advec_particles: ##11'
3549!    CALL local_flush( 9 )
3550
3551!
3552!-- Write particle statistics on file
3553    IF ( write_particle_statistics )  THEN
3554       CALL check_open( 80 )
3555#if defined( __parallel )
3556       WRITE ( 80, 8000 )  current_timestep_number+1, simulated_time+dt_3d, &
3557                           number_of_particles, pleft, trlp_count_sum,      &
3558                           trlp_count_recv_sum, pright, trrp_count_sum,     &
3559                           trrp_count_recv_sum, psouth, trsp_count_sum,     &
3560                           trsp_count_recv_sum, pnorth, trnp_count_sum,     &
3561                           trnp_count_recv_sum, maximum_number_of_particles
3562       CALL close_file( 80 )
3563#else
3564       WRITE ( 80, 8000 )  current_timestep_number+1, simulated_time+dt_3d, &
3565                           number_of_particles, maximum_number_of_particles
3566#endif
3567    ENDIF
3568
3569    CALL cpu_log( log_point(25), 'advec_particles', 'stop' )
3570
3571!
3572!-- Formats
35738000 FORMAT (I6,1X,F7.2,4X,I6,5X,4(I3,1X,I4,'/',I4,2X),6X,I6)
3574
3575 END SUBROUTINE advec_particles
3576
3577
3578 SUBROUTINE allocate_prt_memory( number_of_new_particles )
3579
3580!------------------------------------------------------------------------------!
3581! Description:
3582! ------------
3583! Extend particle memory
3584!------------------------------------------------------------------------------!
3585
3586    USE particle_attributes
3587
3588    IMPLICIT NONE
3589
3590    INTEGER ::  new_maximum_number, number_of_new_particles
3591
3592    LOGICAL, DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  tmp_particle_mask
3593
3594    TYPE(particle_type), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  tmp_particles
3595
3596
3597    new_maximum_number = maximum_number_of_particles + &
3598                   MAX( 5*number_of_new_particles, number_of_initial_particles )
3599
3600    IF ( write_particle_statistics )  THEN
3601       CALL check_open( 80 )
3602       WRITE ( 80, '(''*** Request: '', I7, '' new_maximum_number(prt)'')' ) &
3603                            new_maximum_number
3604       CALL close_file( 80 )
3605    ENDIF
3606
3607    ALLOCATE( tmp_particles(maximum_number_of_particles), &
3608              tmp_particle_mask(maximum_number_of_particles) )
3609    tmp_particles     = particles
3610    tmp_particle_mask = particle_mask
3611
3612    DEALLOCATE( particles, particle_mask )
3613    ALLOCATE( particles(new_maximum_number), &
3614              particle_mask(new_maximum_number) )
3615    maximum_number_of_particles = new_maximum_number
3616
3617    particles(1:number_of_particles) = tmp_particles(1:number_of_particles)
3618    particle_mask(1:number_of_particles) = &
3619                                  tmp_particle_mask(1:number_of_particles)
3620    particle_mask(number_of_particles+1:maximum_number_of_particles) = .TRUE.
3621    DEALLOCATE( tmp_particles, tmp_particle_mask )
3622
3623 END SUBROUTINE allocate_prt_memory
3624
3625
3626 SUBROUTINE allocate_tail_memory( number_of_new_tails )
3627
3628!------------------------------------------------------------------------------!
3629! Description:
3630! ------------
3631! Extend tail memory
3632!------------------------------------------------------------------------------!
3633
3634    USE particle_attributes
3635
3636    IMPLICIT NONE
3637
3638    INTEGER ::  new_maximum_number, number_of_new_tails
3639
3640    LOGICAL, DIMENSION(maximum_number_of_tails) ::  tmp_tail_mask
3641
3642    REAL, DIMENSION(maximum_number_of_tailpoints,5,maximum_number_of_tails) :: &
3643                                                    tmp_tail
3644
3645
3646    new_maximum_number = maximum_number_of_tails + &
3647                         MAX( 5*number_of_new_tails, number_of_initial_tails )
3648
3649    IF ( write_particle_statistics )  THEN
3650       CALL check_open( 80 )
3651       WRITE ( 80, '(''*** Request: '', I5, '' new_maximum_number(tails)'')' ) &
3652                            new_maximum_number
3653       CALL close_file( 80 )
3654    ENDIF
3655    WRITE (9,*) '*** Request: ',new_maximum_number,' new_maximum_number(tails)'
3656!    CALL local_flush( 9 )
3657
3658    tmp_tail(:,:,1:number_of_tails)  = &
3659                                particle_tail_coordinates(:,:,1:number_of_tails)
3660    tmp_tail_mask(1:number_of_tails) = tail_mask(1:number_of_tails)
3661
3662    DEALLOCATE( new_tail_id, particle_tail_coordinates, tail_mask )
3663    ALLOCATE( new_tail_id(new_maximum_number),                          &
3664              particle_tail_coordinates(maximum_number_of_tailpoints,5, &
3665              new_maximum_number),                                      &
3666              tail_mask(new_maximum_number) )
3667    maximum_number_of_tails = new_maximum_number
3668
3669    particle_tail_coordinates = 0.0
3670    particle_tail_coordinates(:,:,1:number_of_tails) = &
3671                                                 tmp_tail(:,:,1:number_of_tails)
3672    tail_mask(1:number_of_tails) = tmp_tail_mask(1:number_of_tails)
3673    tail_mask(number_of_tails+1:maximum_number_of_tails) = .TRUE.
3674
3675 END SUBROUTINE allocate_tail_memory
3676
3677
3678 SUBROUTINE output_particles_netcdf
3679#if defined( __netcdf )
3680
3681    USE control_parameters
3682    USE netcdf_control
3683    USE particle_attributes
3684
3685    IMPLICIT NONE
3686
3687
3688    CALL check_open( 108 )
3689
3690!
3691!-- Update the NetCDF time axis
3692    prt_time_count = prt_time_count + 1
3693
3694    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_time_prt, (/ simulated_time /), &
3695                            start = (/ prt_time_count /), count = (/ 1 /) )
3696    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 1 )
3697
3698!
3699!-- Output the real number of particles used
3700    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_rnop_prt, &
3701                            (/ number_of_particles /),   &
3702                            start = (/ prt_time_count /), count = (/ 1 /) )
3703    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 2 )
3704
3705!
3706!-- Output all particle attributes
3707    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(1), particles%age,         &
3708                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3709                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3710    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 3 )
3711
3712    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(2), particles%dvrp_psize,  &
3713                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3714                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3715    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 4 )
3716
3717    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(3), particles%origin_x,    &
3718                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3719                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3720    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 5 )
3721
3722    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(4), particles%origin_y,    &
3723                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3724                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3725    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 6 )
3726
3727    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(5), particles%origin_z,    &
3728                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3729                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3730    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 7 )
3731
3732    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(6), particles%radius,      &
3733                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3734                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3735    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 8 )
3736
3737    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(7), particles%speed_x,     &
3738                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3739                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3740    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 9 )
3741
3742    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(8), particles%speed_y,     &
3743                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3744                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3745    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 10 )
3746
3747    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(9), particles%speed_z,     &
3748                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3749                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3750    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 11 )
3751
3752    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt,id_var_prt(10),particles%weight_factor,&
3753                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3754                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3755    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 12 )
3756
3757    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(11), particles%x,          &
3758                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3759                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3760    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 13 )
3761
3762    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(12), particles%y,          & 
3763                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3764                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3765    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 14 )
3766
3767    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(13), particles%z,          &
3768                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3769                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3770    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 15 )
3771
3772    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(14), particles%color,      &
3773                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3774                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3775    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 16 )
3776
3777    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(15), particles%group,      &
3778                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3779                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3780    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 17 )
3781
3782    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(16), particles%tailpoints, &
3783                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3784                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3785    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 18 )
3786
3787    nc_stat = NF90_PUT_VAR( id_set_prt, id_var_prt(17), particles%tail_id,    &
3788                            start = (/ 1, prt_time_count /),                  &
3789                            count = (/ maximum_number_of_particles /) )
3790    CALL handle_netcdf_error( 'output_particles_netcdf', 19 )
3791
3792#endif
3793 END SUBROUTINE output_particles_netcdf
3794
3795
3796 SUBROUTINE write_particles
3797
3798!------------------------------------------------------------------------------!
3799! Description:
3800! ------------
3801! Write particle data on restart file
3802!------------------------------------------------------------------------------!
3803
3804    USE control_parameters
3805    USE particle_attributes
3806    USE pegrid
3807
3808    IMPLICIT NONE
3809
3810    CHARACTER (LEN=10) ::  particle_binary_version
3811
3812!
3813!-- First open the output unit.
3814    IF ( myid_char == '' )  THEN
3815       OPEN ( 90, FILE='PARTICLE_RESTART_DATA_OUT'//myid_char, &
3816                  FORM='UNFORMATTED')
3817    ELSE
3818       IF ( myid == 0 )  CALL local_system( 'mkdir PARTICLE_RESTART_DATA_OUT' )
3819#if defined( __parallel )
3820!
3821!--    Set a barrier in order to allow that thereafter all other processors
3822!--    in the directory created by PE0 can open their file
3823       CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
3824#endif
3825       OPEN ( 90, FILE='PARTICLE_RESTART_DATA_OUT/'//myid_char, &
3826                  FORM='UNFORMATTED' )
3827    ENDIF
3828
3829!
3830!-- Write the version number of the binary format.
3831!-- Attention: After changes to the following output commands the version
3832!-- ---------  number of the variable particle_binary_version must be changed!
3833!--            Also, the version number and the list of arrays to be read in
3834!--            init_particles must be adjusted accordingly.
3835    particle_binary_version = '3.0'
3836    WRITE ( 90 )  particle_binary_version
3837
3838!
3839!-- Write some particle parameters, the size of the particle arrays as well as
3840!-- other dvrp-plot variables.
3841    WRITE ( 90 )  bc_par_b, bc_par_lr, bc_par_ns, bc_par_t,                    &
3842                  maximum_number_of_particles, maximum_number_of_tailpoints,   &
3843                  maximum_number_of_tails, number_of_initial_particles,        &
3844                  number_of_particles, number_of_particle_groups,              &
3845                  number_of_tails, particle_groups, time_prel,                 &
3846                  time_write_particle_data, uniform_particles
3847
3848    IF ( number_of_initial_particles /= 0 )  WRITE ( 90 )  initial_particles
3849
3850    WRITE ( 90 )  prt_count, prt_start_index
3851    WRITE ( 90 )  particles
3852
3853    IF ( use_particle_tails )  THEN
3854       WRITE ( 90 )  particle_tail_coordinates
3855    ENDIF
3856
3857    CLOSE ( 90 )
3858
3859 END SUBROUTINE write_particles
3860
3861
3862 SUBROUTINE collision_efficiency( mean_r, r, e)
3863!------------------------------------------------------------------------------!
3864! Description:
3865! ------------
3866! Interpolate collision efficiency from table
3867!------------------------------------------------------------------------------!
3868
3869    IMPLICIT NONE
3870
3871    INTEGER       ::  i, j, k
3872
3873    LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE.
3874
3875    REAL          ::  aa, bb, cc, dd, dx, dy, e, gg, mean_r, mean_rm, r, rm, &
3876                      x, y
3877
3878    REAL, DIMENSION(1:9), SAVE      ::  collected_r = 0.0
3879    REAL, DIMENSION(1:19), SAVE     ::  collector_r = 0.0
3880    REAL, DIMENSION(1:9,1:19), SAVE ::  ef = 0.0
3881
3882    mean_rm = mean_r * 1.0E06
3883    rm      = r      * 1.0E06
3884
3885    IF ( first )  THEN
3886       collected_r = (/ 2.0, 3.0, 4.0, 6.0, 8.0, 10.0, 15.0, 20.0, 25.0 /)
3887       collector_r = (/ 10.0, 20.0, 30.0, 40.0, 50.0, 60.0, 80.0, 100.0, 150.0,&
3888                        200.0, 300.0, 400.0, 500.0, 600.0, 1000.0, 1400.0,     &
3889                        1800.0, 2400.0, 3000.0 /)
3890       ef(:,1) = (/0.017, 0.027, 0.037, 0.052, 0.052, 0.052, 0.052, 0.0,  0.0 /)
3891       ef(:,2) = (/0.001, 0.016, 0.027, 0.060, 0.12,  0.17,  0.17,  0.17, 0.0 /)
3892       ef(:,3) = (/0.001, 0.001, 0.02,  0.13,  0.28,  0.37,  0.54,  0.55, 0.47/)
3893       ef(:,4) = (/0.001, 0.001, 0.02,  0.23,  0.4,   0.55,  0.7,   0.75, 0.75/)
3894       ef(:,5) = (/0.01,  0.01,  0.03,  0.3,   0.4,   0.58,  0.73,  0.75, 0.79/)
3895       ef(:,6) = (/0.01,  0.01,  0.13,  0.38,  0.57,  0.68,  0.80,  0.86, 0.91/)
3896       ef(:,7) = (/0.01,  0.085, 0.23,  0.52,  0.68,  0.76,  0.86,  0.92, 0.95/)
3897       ef(:,8) = (/0.01,  0.14,  0.32,  0.60,  0.73,  0.81,  0.90,  0.94, 0.96/)
3898       ef(:,9) = (/0.025, 0.25,  0.43,  0.66,  0.78,  0.83,  0.92,  0.95, 0.96/)
3899       ef(:,10)= (/0.039, 0.3,   0.46,  0.69,  0.81,  0.87,  0.93,  0.95, 0.96/)
3900       ef(:,11)= (/0.095, 0.33,  0.51,  0.72,  0.82,  0.87,  0.93,  0.96, 0.97/)
3901       ef(:,12)= (/0.098, 0.36,  0.51,  0.73,  0.83,  0.88,  0.93,  0.96, 0.97/)
3902       ef(:,13)= (/0.1,   0.36,  0.52,  0.74,  0.83,  0.88,  0.93,  0.96, 0.97/)
3903       ef(:,14)= (/0.17,  0.4,   0.54,  0.72,  0.83,  0.88,  0.94,  0.98, 1.0 /)
3904       ef(:,15)= (/0.15,  0.37,  0.52,  0.74,  0.82,  0.88,  0.94,  0.98, 1.0 /)
3905       ef(:,16)= (/0.11,  0.34,  0.49,  0.71,  0.83,  0.88,  0.94,  0.95, 1.0 /)
3906       ef(:,17)= (/0.08,  0.29,  0.45,  0.68,  0.8,   0.86,  0.96,  0.94, 1.0 /)
3907       ef(:,18)= (/0.04,  0.22,  0.39,  0.62,  0.75,  0.83,  0.92,  0.96, 1.0 /)
3908       ef(:,19)= (/0.02,  0.16,  0.33,  0.55,  0.71,  0.81,  0.90,  0.94, 1.0 /)
3909    ENDIF
3910
3911    DO  k = 1, 8
3912       IF ( collected_r(k) <= mean_rm )  i = k
3913    ENDDO
3914
3915    DO  k = 1, 18
3916       IF ( collector_r(k) <= rm )  j = k
3917    ENDDO
3918
3919    IF ( rm < 10.0 )  THEN
3920       e = 0.0
3921    ELSEIF ( mean_rm < 2.0 )  THEN
3922       e = 0.001
3923    ELSEIF ( mean_rm >= 25.0 )  THEN
3924       IF( j <= 2 )  e = 0.0
3925       IF( j == 3 )  e = 0.47
3926       IF( j == 4 )  e = 0.8
3927       IF( j == 5 )  e = 0.9
3928       IF( j >=6  )  e = 1.0
3929    ELSEIF ( rm >= 3000.0 )  THEN
3930       IF( i == 1 )  e = 0.02
3931       IF( i == 2 )  e = 0.16
3932       IF( i == 3 )  e = 0.33
3933       IF( i == 4 )  e = 0.55
3934       IF( i == 5 )  e = 0.71
3935       IF( i == 6 )  e = 0.81
3936       IF( i == 7 )  e = 0.90
3937       IF( i >= 8 )  e = 0.94
3938    ELSE
3939       x  = mean_rm - collected_r(i)
3940       y  = rm - collector_r(j)
3941       dx = collected_r(i+1) - collected_r(i)
3942       dy = collector_r(j+1) - collector_r(j)
3943       aa = x**2 + y**2
3944       bb = ( dx - x )**2 + y**2
3945       cc = x**2 + ( dy - y )**2
3946       dd = ( dx - x )**2 + ( dy - y )**2
3947       gg = aa + bb + cc + dd
3948
3949       e = ( (gg-aa)*ef(i,j) + (gg-bb)*ef(i+1,j) + (gg-cc)*ef(i,j+1) + &
3950             (gg-dd)*ef(i+1,j+1) ) / (3.0*gg)
3951    ENDIF
3952
3953 END SUBROUTINE collision_efficiency
3954
3955
3956
3957 SUBROUTINE sort_particles
3958
3959!------------------------------------------------------------------------------!
3960! Description:
3961! ------------
3962! Sort particles in the sequence the grid boxes are stored in memory
3963!------------------------------------------------------------------------------!
3964
3965    USE arrays_3d
3966    USE control_parameters
3967    USE cpulog
3968    USE grid_variables
3969    USE indices
3970    USE interfaces
3971    USE particle_attributes
3972
3973    IMPLICIT NONE
3974
3975    INTEGER ::  i, ilow, j, k, n
3976
3977    TYPE(particle_type), DIMENSION(1:number_of_particles) ::  particles_temp
3978
3979
3980    CALL cpu_log( log_point_s(47), 'sort_particles', 'start' )
3981
3982!
3983!-- Initialize the array used for counting and indexing the particles
3984    prt_count = 0
3985
3986!
3987!-- Count the particles per gridbox
3988    DO  n = 1, number_of_particles
3989
3990       i = ( particles(n)%x + 0.5 * dx ) * ddx
3991       j = ( particles(n)%y + 0.5 * dy ) * ddy
3992       k = particles(n)%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt
3993           ! only exact if equidistant
3994
3995       prt_count(k,j,i) = prt_count(k,j,i) + 1
3996
3997       IF ( i < nxl .OR. i > nxr .OR. j < nys .OR. j > nyn .OR. k < nzb+1 .OR. &
3998            k > nzt )  THEN
3999          WRITE( message_string, * ) ' particle out of range: i=', i, ' j=', &
4000                          j, ' k=', k,                                       &
4001                          ' nxl=', nxl, ' nxr=', nxr,                        &
4002                          ' nys=', nys, ' nyn=', nyn,                        &
4003                          ' nzb=', nzb, ' nzt=', nzt
4004         CALL message( 'sort_particles', 'PA0149', 1, 2, 0, 6, 0 ) 
4005       ENDIF
4006
4007    ENDDO
4008
4009!
4010!-- Calculate the lower indices of those ranges of the particles-array
4011!-- containing particles which belong to the same gridpox i,j,k
4012    ilow = 1
4013    DO  i = nxl, nxr
4014       DO  j = nys, nyn
4015          DO  k = nzb+1, nzt
4016             prt_start_index(k,j,i) = ilow
4017             ilow = ilow + prt_count(k,j,i)
4018          ENDDO
4019       ENDDO
4020    ENDDO
4021
4022!
4023!-- Sorting the particles
4024    DO  n = 1, number_of_particles
4025
4026       i = ( particles(n)%x + 0.5 * dx ) * ddx
4027       j = ( particles(n)%y + 0.5 * dy ) * ddy
4028       k = particles(n)%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt
4029           ! only exact if equidistant
4030
4031       particles_temp(prt_start_index(k,j,i)) = particles(n)
4032
4033       prt_start_index(k,j,i) = prt_start_index(k,j,i) + 1
4034
4035    ENDDO
4036
4037    particles(1:number_of_particles) = particles_temp
4038
4039!
4040!-- Reset the index array to the actual start position
4041    DO  i = nxl, nxr
4042       DO  j = nys, nyn
4043          DO  k = nzb+1, nzt
4044             prt_start_index(k,j,i) = prt_start_index(k,j,i) - prt_count(k,j,i)
4045          ENDDO
4046       ENDDO
4047    ENDDO
4048
4049    CALL cpu_log( log_point_s(47), 'sort_particles', 'stop' )
4050
4051 END SUBROUTINE sort_particles
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.