source: palm/trunk/SOURCE/biometeorology_mod.f90 @ 4180

Last change on this file since 4180 was 4180, checked in by scharf, 2 years ago

removed comments in 'Former revisions' section that are older than 01.01.2019

  • Property svn:keywords set to Id
  • Property svn:mergeinfo set to (toggle deleted branches)
    /palm/branches/chemistry/SOURCE/biometeorology_mod.f902047-3190,​3218-3297
    /palm/branches/resler/SOURCE/biometeorology_mod.f902023-3320,​3337-3474
    /palm/branches/salsa/SOURCE/biometeorology_mod.f902503-3581
    /palm/trunk/SOURCE/biometeorology_mod.f90mergedeligible
    /palm/branches/forwind/SOURCE/biometeorology_mod.f901564-1913
    /palm/branches/fricke/SOURCE/biometeorology_mod.f90942-977
    /palm/branches/hoffmann/SOURCE/biometeorology_mod.f90989-1052
    /palm/branches/letzel/masked_output/SOURCE/biometeorology_mod.f90296-409
    /palm/branches/palm4u/SOURCE/biometeorology_mod.f902540-2692
    /palm/branches/rans/SOURCE/biometeorology_mod.f902078-3128
    /palm/branches/suehring/biometeorology_mod.f90423-666
File size: 180.9 KB
RevLine 
[3448]1!> @file biometeorology_mod.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
[3321]3! This file is part of PALM-4U.
4!
5! PALM-4U is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM-4U is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
[3650]17! Copyright 2018-2019 Deutscher Wetterdienst (DWD)
18! Copyright 2018-2019 Institute of Computer Science, Academy of Sciences, Prague
19! Copyright 2018-2019 Leibniz Universitaet Hannover
[3448]20!--------------------------------------------------------------------------------!
[3321]21!
[3337]22! Current revisions:
[3569]23! ------------------
[3337]24!
25!
26! Former revisions:
[3321]27! -----------------
28! $Id: biometeorology_mod.f90 4180 2019-08-21 14:37:54Z scharf $
[4168]29! Replace function get_topography_top_index by topo_top_ind
30!
31! 4144 2019-08-06 09:11:47Z raasch
[4144]32! relational operators .EQ., .NE., etc. replaced by ==, /=, etc.
33!
34! 4127 2019-07-30 14:47:10Z suehring
[4127]35! Output for bio_mrt added (merge from branch resler)
36!
37! 4126 2019-07-30 11:09:11Z gronemeier
[4126]38! renamed vitd3_exposure_av into vitd3_dose,
39! renamed uvem_calc_exposure into bio_calculate_uv_exposure
40!
41! 3885 2019-04-11 11:29:34Z kanani
[3885]42! Changes related to global restructuring of location messages and introduction
43! of additional debug messages
44!
45! 3753 2019-02-19 14:48:54Z dom_dwd_user
[3753]46! - Added automatic setting of mrt_nlevels in case it was not part of
47! radiation_parameters namelist (or set to 0 accidentially).
48! - Minor speed improvoemnts in perceived temperature calculations.
49! - Perceived temperature regression arrays now declared as PARAMETERs.
50!
51! 3750 2019-02-19 07:29:39Z dom_dwd_user
[3749]52! - Added addittional safety meassures to bio_calculate_thermal_index_maps.
53! - Replaced several REAL (un-)equality comparisons.
54!
55! 3742 2019-02-14 11:25:22Z dom_dwd_user
[3742]56! - Allocation of the input _av grids was moved to the "sum" section of
57! bio_3d_data_averaging to make sure averaging is only done once!
58! - Moved call of bio_calculate_thermal_index_maps from biometeorology module to
59! time_integration to make sure averaged input is updated before calculating.
60!
61! 3740 2019-02-13 12:35:12Z dom_dwd_user
[3740]62! - Added safety-meassure to catch the case that 'bio_mrt_av' is stated after
63! 'bio_<index>' in the output section of the p3d file.
64!
65! 3739 2019-02-13 08:05:17Z dom_dwd_user
[3739]66! - Auto-adjusting thermal_comfort flag if not set by user, but thermal_indices
67! set as output quantities.
68! - Renamed flags "bio_<index>" to "do_calculate_<index>" for better readability
69! - Removed everything related to "time_bio_results" as this is never used.
70! - Moved humidity warning to check_data_output
71! - Fixed bug in mrt calculation introduced with my commit yesterday.
72!
73! 3735 2019-02-12 09:52:40Z dom_dwd_user
[3735]74! - Fixed auto-setting of thermal index calculation flags by output
75!  as originally proposed by resler.
76! - removed bio_pet and outher configuration variables.
77! - Updated namelist.
78!
79! 3711 2019-01-31 13:44:26Z knoop
[3711]80! Introduced interface routine bio_init_checks + small error message changes
81!
82! 3693 2019-01-23 15:20:53Z dom_dwd_user
[3693]83! Added usage of time_averaged mean radiant temperature, together with calculation,
84! grid and restart routines. General cleanup and commenting.
85!
86! 3685 2019-01-21 01:02:11Z knoop
[3685]87! Some interface calls moved to module_interface + cleanup
88!
89! 3650 2019-01-04 13:01:33Z kanani
[3650]90! Bugfixes and additions for enabling restarts with biometeorology
91!
[3569]92!
[3448]93! Description:
94! ------------
[3569]95!> Biometeorology module consisting of two parts:
96!> 1.: Human thermal comfort module calculating thermal perception of a sample
[3448]97!> human being under the current meteorological conditions.
[3569]98!> 2.: Calculation of vitamin-D weighted UV exposure
[3448]99!>
100!> @todo Alphabetical sorting of "USE ..." lists, "ONLY" list, variable declarations
101!>       (per subroutine: first all CHARACTERs, then INTEGERs, LOGICALs, REALs, )
102!> @todo Comments start with capital letter --> "!-- Include..."
[3569]103!> @todo uv_vitd3dose-->new output type necessary (cumulative)
104!> @todo consider upwelling radiation in UV
[3448]105!>
106!> @note nothing now
107!>
108!> @bug  no known bugs by now
[3321]109!------------------------------------------------------------------------------!
[3448]110 MODULE biometeorology_mod
[3321]111
112    USE arrays_3d,                                                             &
[3742]113        ONLY:  pt, p, u, v, w, q
[3321]114
[3448]115    USE averaging,                                                             &
[3742]116        ONLY:  pt_av, q_av, u_av, v_av, w_av
[3448]117
[3361]118    USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
[3742]119        ONLY:  c_p, degc_to_k, l_v, magnus, sigma_sb, pi
[3361]120
[3448]121    USE control_parameters,                                                    &
[3885]122        ONLY:  average_count_3d, biometeorology,                               &
123               debug_output,                                                   &
124               dz, dz_stretch_factor,                                          &
[3742]125               dz_stretch_level, humidity, initializing_actions, nz_do3d,      &
126               surface_pressure
[3321]127
[3693]128    USE date_and_time_mod,                                                     &
[3569]129        ONLY:  calc_date_and_time, day_of_year, time_utc
130
[3448]131    USE grid_variables,                                                        &
[3742]132        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
[3321]133
[3448]134    USE indices,                                                               &
[3742]135        ONLY:  nxl, nxr, nys, nyn, nzb, nzt, nys, nyn, nxl, nxr, nxlg, nxrg,   &
[4168]136               nysg, nyng, topo_top_ind
[3321]137
[3448]138    USE kinds  !< Set precision of INTEGER and REAL arrays according to PALM
[3321]139
[3693]140    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
141        ONLY:  netcdf_data_input_uvem, uvem_projarea_f, uvem_radiance_f,       &
[3569]142               uvem_irradiance_f, uvem_integration_f, building_obstruction_f
143!
[3448]144!-- Import radiation model to obtain input for mean radiant temperature
145    USE radiation_model_mod,                                                   &
[3742]146        ONLY:  ix, iy, iz, id, mrt_nlevels, mrt_include_sw,                    &
147               mrtinsw, mrtinlw, mrtbl, nmrtbl, radiation,                     &
148               radiation_interactions, rad_sw_in,                              &
149               rad_sw_out, rad_lw_in, rad_lw_out
[3321]150
[3448]151    IMPLICIT NONE
[3321]152
[3448]153    PRIVATE
[3321]154
[3569]155!
[3448]156!-- Declare all global variables within the module (alphabetical order)
[3593]157    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  tmrt_grid  !< tmrt results (degree_C)
158    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  perct      !< PT results   (degree_C)
159    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  utci       !< UTCI results (degree_C)
160    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  pet        !< PET results  (degree_C)
[3569]161!
[3525]162!-- Grids for averaged thermal indices
163    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  mrt_av_grid   !< time average mean
[3693]164    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  tmrt_av_grid  !< tmrt results (degree_C)
[3593]165    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  perct_av      !< PT results (aver. input)   (degree_C)
166    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  utci_av       !< UTCI results (aver. input) (degree_C)
167    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  pet_av        !< PET results (aver. input)  (degree_C)
[3321]168
[3525]169
170    INTEGER( iwp ) ::  bio_cell_level     !< cell level biom calculates for
171    REAL ( wp )    ::  bio_output_height  !< height output is calculated in m
[3448]172    REAL ( wp ), PARAMETER ::  human_absorb = 0.7_wp  !< SW absorbtivity of a human body (Fanger 1972)
173    REAL ( wp ), PARAMETER ::  human_emiss = 0.97_wp  !< LW emissivity of a human body after (Fanger 1972)
[3569]174    REAL ( wp ), PARAMETER ::  bio_fill_value = -9999._wp  !< set module fill value, replace by global fill value as soon as available
175!
[3448]176!--
[3742]177    LOGICAL ::  thermal_comfort  = .FALSE.  !< Enables or disables the entire thermal comfort part
[3693]178    LOGICAL ::  do_average_theta = .FALSE.  !< switch: do theta averaging in this module? (if .FALSE. this is done globally)
179    LOGICAL ::  do_average_q     = .FALSE.  !< switch: do e averaging in this module?
180    LOGICAL ::  do_average_u     = .FALSE.  !< switch: do u averaging in this module?
181    LOGICAL ::  do_average_v     = .FALSE.  !< switch: do v averaging in this module?
182    LOGICAL ::  do_average_w     = .FALSE.  !< switch: do w averaging in this module?
183    LOGICAL ::  do_average_mrt   = .FALSE.  !< switch: do mrt averaging in this module?
[3742]184    LOGICAL ::  average_trigger_perct  = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_perct?
185    LOGICAL ::  average_trigger_utci   = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_utci?
186    LOGICAL ::  average_trigger_pet    = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_pet?
[4127]187    LOGICAL ::  average_trigger_mrt    = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_pet?
[3742]188    LOGICAL ::  do_calculate_perct     = .FALSE.  !< Turn index PT (instant. input) on or off
189    LOGICAL ::  do_calculate_perct_av  = .FALSE.  !< Turn index PT (averaged input) on or off
190    LOGICAL ::  do_calculate_pet       = .FALSE.  !< Turn index PET (instant. input) on or off
191    LOGICAL ::  do_calculate_pet_av    = .FALSE.  !< Turn index PET (averaged input) on or off
192    LOGICAL ::  do_calculate_utci      = .FALSE.  !< Turn index UTCI (instant. input) on or off
193    LOGICAL ::  do_calculate_utci_av   = .FALSE.  !< Turn index UTCI (averaged input) on or off
[4127]194    LOGICAL ::  do_calculate_mrt2d     = .FALSE.  !< Turn index MRT 2D (averaged or inst) on or off
[3321]195
[3569]196!
197!-- UVEM parameters from here
198!
199!-- Declare all global variables within the module (alphabetical order)
[3650]200    INTEGER(iwp) ::  bio_nmrtbl
[3569]201    INTEGER(iwp) ::  ai                      = 0  !< loop index in azimuth direction
202    INTEGER(iwp) ::  bi                      = 0  !< loop index of bit location within an 8bit-integer (one Byte)
203    INTEGER(iwp) ::  clothing                = 1  !< clothing (0=unclothed, 1=Arms,Hands,Face free, 3=Hand,Face free)
204    INTEGER(iwp) ::  iq                      = 0  !< loop index of irradiance quantity
205    INTEGER(iwp) ::  pobi                    = 0  !< loop index of the position of corresponding byte within ibset byte vektor
206    INTEGER(iwp) ::  obstruction_direct_beam = 0  !< Obstruction information for direct beam   
207    INTEGER(iwp) ::  zi                      = 0  !< loop index in zenith direction
[3321]208
[3569]209    INTEGER(KIND=1), DIMENSION(0:44)  ::  obstruction_temp1 = 0  !< temporary obstruction information stored with ibset
210    INTEGER(iwp),    DIMENSION(0:359) ::  obstruction_temp2 = 0  !< restored temporary obstruction information from ibset file
211
212    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  obstruction       = 1  !< final 2D obstruction information array
213
214    LOGICAL ::  consider_obstructions = .TRUE.   !< namelist parameter (see documentation)
215    LOGICAL ::  sun_in_south          = .FALSE.  !< namelist parameter (see documentation)
216    LOGICAL ::  turn_to_sun           = .TRUE.   !< namelist parameter (see documentation)
217    LOGICAL ::  uv_exposure           = .FALSE.  !< namelist parameter (see documentation)
218
219    REAL(wp) ::  diffuse_exposure            =   0.0_wp  !< calculated exposure by diffuse radiation
220    REAL(wp) ::  direct_exposure             =   0.0_wp  !< calculated exposure by direct solar beam   
221    REAL(wp) ::  orientation_angle           =   0.0_wp  !< orientation of front/face of the human model   
222    REAL(wp) ::  projection_area_direct_beam =   0.0_wp  !< projection area for direct solar beam
223    REAL(wp) ::  saa                         = 180.0_wp  !< solar azimuth angle
224    REAL(wp) ::  startpos_human              =   0.0_wp  !< start value for azimuth interpolation of human geometry array
225    REAL(wp) ::  startpos_saa_float          =   0.0_wp  !< start value for azimuth interpolation of radiance array
226    REAL(wp) ::  sza                         =  20.0_wp  !< solar zenith angle
227    REAL(wp) ::  xfactor                     =   0.0_wp  !< relative x-position used for interpolation
228    REAL(wp) ::  yfactor                     =   0.0_wp  !< relative y-position used for interpolation
229
230    REAL(wp), DIMENSION(0:2)  ::  irradiance =   0.0_wp  !< iradiance values extracted from irradiance lookup table 
231
232    REAL(wp), DIMENSION(0:2,0:90) ::  irradiance_lookup_table      = 0.0_wp  !< irradiance lookup table
233    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  integration_array            = 0.0_wp  !< solid angle factors for hemispherical integration
234    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  projection_area              = 0.0_wp  !< projection areas of a human (all directions)
235    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  projection_area_lookup_table = 0.0_wp  !< human geometry lookup table (projection areas)
236    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  projection_area_direct_temp  = 0.0_wp  !< temporary projection area for direct solar beam
237    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  projection_area_temp         = 0.0_wp  !< temporary projection area for all directions
238    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  radiance_array               = 0.0_wp  !< radiance extracted from radiance_lookup_table 
239    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  radiance_array_temp          = 0.0_wp  !< temporary radiance data
240
[4126]241    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  vitd3_exposure  !< result variable for instantaneous vitamin-D weighted exposures
242    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  vitd3_dose      !< result variable for summation of vitamin-D weighted exposures
[3569]243
244    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9,0:90) ::  radiance_lookup_table   = 0.0_wp  !< radiance lookup table
245
[3525]246!
247!-- INTERFACES that must be available to other modules (alphabetical order)
[3321]248
[3525]249    PUBLIC bio_3d_data_averaging, bio_check_data_output,                       &
250    bio_calculate_mrt_grid, bio_calculate_thermal_index_maps, bio_calc_ipt,    &
251    bio_check_parameters, bio_data_output_3d, bio_data_output_2d,              &
252    bio_define_netcdf_grid, bio_get_thermal_index_input_ij, bio_header,        &
[3739]253    bio_init, bio_init_checks, bio_parin, thermal_comfort,                     &
[3650]254    bio_nmrtbl, bio_wrd_local, bio_rrd_local, bio_wrd_global, bio_rrd_global
[3569]255!
256!-- UVEM PUBLIC variables and methods
[4126]257    PUBLIC bio_calculate_uv_exposure, uv_exposure
[3525]258
[3448]259!
260!-- PALM interfaces:
261!
262!-- 3D averaging for HTCM _INPUT_ variables
[3525]263    INTERFACE bio_3d_data_averaging
264       MODULE PROCEDURE bio_3d_data_averaging
265    END INTERFACE bio_3d_data_averaging
[3569]266!
[3525]267!-- Calculate mtr from rtm fluxes and assign into 2D grid
268    INTERFACE bio_calculate_mrt_grid
269       MODULE PROCEDURE bio_calculate_mrt_grid
270    END INTERFACE bio_calculate_mrt_grid
[3569]271!
[3448]272!-- Calculate static thermal indices PT, UTCI and/or PET
[3525]273    INTERFACE bio_calculate_thermal_index_maps
274       MODULE PROCEDURE bio_calculate_thermal_index_maps
275    END INTERFACE bio_calculate_thermal_index_maps
[3569]276!
[3448]277!-- Calculate the dynamic index iPT (to be caled by the agent model)
[3525]278    INTERFACE bio_calc_ipt
279       MODULE PROCEDURE bio_calc_ipt
280    END INTERFACE bio_calc_ipt
[3569]281!
[3448]282!-- Data output checks for 2D/3D data to be done in check_parameters
[3569]283    INTERFACE bio_check_data_output
284       MODULE PROCEDURE bio_check_data_output
285    END INTERFACE bio_check_data_output
286!
[3448]287!-- Input parameter checks to be done in check_parameters
[3525]288    INTERFACE bio_check_parameters
289       MODULE PROCEDURE bio_check_parameters
290    END INTERFACE bio_check_parameters
[3569]291!
[3448]292!-- Data output of 2D quantities
[3525]293    INTERFACE bio_data_output_2d
294       MODULE PROCEDURE bio_data_output_2d
295    END INTERFACE bio_data_output_2d
[3569]296!
[3448]297!-- no 3D data, thus, no averaging of 3D data, removed
[3525]298    INTERFACE bio_data_output_3d
299       MODULE PROCEDURE bio_data_output_3d
300    END INTERFACE bio_data_output_3d
[3569]301!
[3448]302!-- Definition of data output quantities
[3525]303    INTERFACE bio_define_netcdf_grid
304       MODULE PROCEDURE bio_define_netcdf_grid
305    END INTERFACE bio_define_netcdf_grid
[3569]306!
[3448]307!-- Obtains all relevant input values to estimate local thermal comfort/stress
[3525]308    INTERFACE bio_get_thermal_index_input_ij
309       MODULE PROCEDURE bio_get_thermal_index_input_ij
310    END INTERFACE bio_get_thermal_index_input_ij
[3569]311!
[3448]312!-- Output of information to the header file
[3525]313    INTERFACE bio_header
314       MODULE PROCEDURE bio_header
315    END INTERFACE bio_header
[3569]316!
[3448]317!-- Initialization actions
[3525]318    INTERFACE bio_init
319       MODULE PROCEDURE bio_init
320    END INTERFACE bio_init
[3569]321!
[3711]322!-- Initialization checks
323    INTERFACE bio_init_checks
324       MODULE PROCEDURE bio_init_checks
325    END INTERFACE bio_init_checks
326!
[3448]327!-- Reading of NAMELIST parameters
[3525]328    INTERFACE bio_parin
329       MODULE PROCEDURE bio_parin
330    END INTERFACE bio_parin
[3569]331!
[3650]332!-- Read global restart parameters
333    INTERFACE bio_rrd_global
334       MODULE PROCEDURE bio_rrd_global
335    END INTERFACE bio_rrd_global
336!
337!-- Read local restart parameters
338    INTERFACE bio_rrd_local
339       MODULE PROCEDURE bio_rrd_local
340    END INTERFACE bio_rrd_local
341!
342!-- Write global restart parameters
343    INTERFACE bio_wrd_global
344       MODULE PROCEDURE bio_wrd_global
345    END INTERFACE bio_wrd_global
346!
347!-- Write local restart parameters
348    INTERFACE bio_wrd_local
349       MODULE PROCEDURE bio_wrd_local
350    END INTERFACE bio_wrd_local
351!
[3569]352!-- Calculate UV exposure grid
[4126]353    INTERFACE bio_calculate_uv_exposure
354       MODULE PROCEDURE bio_calculate_uv_exposure
355    END INTERFACE bio_calculate_uv_exposure
[3525]356
[3448]357 CONTAINS
[3525]358
359
[3321]360!------------------------------------------------------------------------------!
361! Description:
362! ------------
[3448]363!> Sum up and time-average biom input quantities as well as allocate
364!> the array necessary for storing the average.
[3569]365!> There is a considerable difference to the 3d_data_averaging subroutines
366!> used by other modules:
367!> For the thermal indices, the module needs to average the input conditions
368!> not the result!
[3321]369!------------------------------------------------------------------------------!
[3525]370 SUBROUTINE bio_3d_data_averaging( mode, variable )
[3321]371
372    IMPLICIT NONE
373
[3525]374    CHARACTER (LEN=*) ::  mode     !< averaging mode: allocate, sum, or average
375    CHARACTER (LEN=*) ::  variable !< The variable in question
[3321]376
[3525]377    INTEGER(iwp) ::  i        !< Running index, x-dir
378    INTEGER(iwp) ::  j        !< Running index, y-dir
379    INTEGER(iwp) ::  k        !< Running index, z-dir
[3321]380
381
382    IF ( mode == 'allocate' )  THEN
383
384       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
[3448]385
[3525]386          CASE ( 'bio_mrt' )
[3742]387
388                IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
[3525]389                   ALLOCATE( mrt_av_grid(nmrtbl) )
[3321]390                ENDIF
[3525]391                mrt_av_grid = 0.0_wp
[3742]392                do_average_mrt = .FALSE.  !< overwrite if that was enabled somehow
[3321]393
[3740]394
[4127]395          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*', 'bio_mrt*' )
[3448]396
[3569]397!
398!--          Averaging, as well as the allocation of the required grids must be
[3693]399!--          done only once, independent from for how many thermal indices
400!--          averaged output is desired.
401!--          Therefore wee need to memorize which index is the one that controls
402!--          the averaging (what must be the first thermal index called).
403!--          Indices are in unknown order as depending on the input file,
404!--          determine first index to average und update only once
[3740]405!
[3569]406!--          Only proceed here if this was not done for any index before. This
[3693]407!--          is done only once during the whole model run.
[3742]408             IF ( .NOT. average_trigger_perct  .AND.                           &
409                  .NOT. average_trigger_utci   .AND.                           &
[4127]410                  .NOT. average_trigger_pet    .AND.                           &
411                  .NOT. average_trigger_mrt )  THEN
[3569]412!
413!--             Memorize the first index called to control averaging
[3742]414                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_perct*' )  THEN
[3525]415                    average_trigger_perct = .TRUE.
[3321]416                ENDIF
[3742]417                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_utci*' )  THEN
[3448]418                    average_trigger_utci = .TRUE.
419                ENDIF
[3742]420                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_pet*' )  THEN
[3448]421                    average_trigger_pet = .TRUE.
422                ENDIF
[4127]423                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_mrt*' )  THEN
424                    average_trigger_mrt = .TRUE.
425                ENDIF
[3448]426             ENDIF
[3569]427!
[3742]428!--          Allocation of the input _av grids was moved to the "sum" section to
429!--          make sure averaging is only done once!
[3448]430
431
[3569]432          CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
[4126]433             IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_dose ) )  THEN
434                ALLOCATE( vitd3_dose(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[3569]435             ENDIF
[4126]436             vitd3_dose = 0.0_wp
[3569]437
[3321]438          CASE DEFAULT
439             CONTINUE
440
441       END SELECT
442
443    ELSEIF ( mode == 'sum' )  THEN
444
445       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
446
[3525]447          CASE ( 'bio_mrt' )
[3740]448!
449!--          Consider the case 'bio_mrt' is called after some thermal index. In
450!--          that case do_average_mrt will be .TRUE. leading to a double-
451!--          averaging.
[3742]452             IF ( .NOT. do_average_mrt  .AND.  ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
[3321]453
[3525]454                IF ( mrt_include_sw )  THEN
455                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
[3739]456                      ( ( human_absorb * mrtinsw(:) +                          &
[3740]457                      mrtinlw(:) ) /                                           &
[3742]458                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
[3525]459                ELSE
460                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
[3740]461                      ( mrtinlw(:) /                                           &
[3742]462                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
[3525]463                ENDIF
[3321]464             ENDIF
465
[4127]466          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*', 'bio_mrt*' )
[3569]467!
[3740]468!--          Only continue if the current index is the one to trigger the input
469!--          averaging, see above
[3742]470             IF ( average_trigger_perct  .AND.  TRIM( variable ) /=            &
471                'bio_perct*')  RETURN
472             IF ( average_trigger_utci   .AND.  TRIM( variable ) /=            &
473                'bio_utci*')   RETURN
474             IF ( average_trigger_pet    .AND.  TRIM( variable ) /=            &
475                'bio_pet*')    RETURN
[4127]476             IF ( average_trigger_mrt    .AND.  TRIM( variable ) /=            &
477                'bio_mrt*')    RETURN
[3742]478!
479!--          Now memorize which of the input grids are not averaged by other
480!--          modules. Set averaging switch to .TRUE. and allocate the respective
481!--          grid in that case.
482             IF ( .NOT. ALLOCATED( pt_av ) )  THEN  !< if not averaged by other module
483                ALLOCATE( pt_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
484                do_average_theta = .TRUE.  !< memorize, that bio is responsible
485                pt_av = 0.0_wp
486             ENDIF
487             IF ( ALLOCATED( pt_av )  .AND.  do_average_theta )  THEN
[3448]488                DO  i = nxl, nxr
489                   DO  j = nys, nyn
490                      DO  k = nzb, nzt+1
491                         pt_av(k,j,i) = pt_av(k,j,i) + pt(k,j,i)
492                      ENDDO
493                   ENDDO
494                ENDDO
495             ENDIF
[3321]496
[3742]497             IF ( .NOT. ALLOCATED( q_av ) )  THEN
498                ALLOCATE( q_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
499                do_average_q = .TRUE.
500                q_av = 0.0_wp
501             ENDIF
502             IF ( ALLOCATED( q_av )  .AND.  do_average_q )  THEN
[3448]503                DO  i = nxl, nxr
504                   DO  j = nys, nyn
505                      DO  k = nzb, nzt+1
506                         q_av(k,j,i) = q_av(k,j,i) + q(k,j,i)
507                      ENDDO
508                   ENDDO
[3321]509                ENDDO
510             ENDIF
511
[3749]512!
513!-- u_av, v_av and w_av are always allocated
[3742]514             IF ( .NOT. ALLOCATED( u_av ) )  THEN
515                ALLOCATE( u_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
516                do_average_u = .TRUE.
517                u_av = 0.0_wp
518             ENDIF
519             IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  do_average_u )  THEN
[3525]520                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
521                   DO  j = nysg, nyng
[3448]522                      DO  k = nzb, nzt+1
523                         u_av(k,j,i) = u_av(k,j,i) + u(k,j,i)
524                      ENDDO
525                   ENDDO
526                ENDDO
527             ENDIF
528
[3742]529             IF ( .NOT. ALLOCATED( v_av ) )  THEN
530                ALLOCATE( v_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
531                do_average_v = .TRUE.
532                v_av = 0.0_wp
533             ENDIF
534             IF ( ALLOCATED( v_av )  .AND.  do_average_v )  THEN
[3525]535                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
536                   DO  j = nysg, nyng
[3448]537                      DO  k = nzb, nzt+1
538                         v_av(k,j,i) = v_av(k,j,i) + v(k,j,i)
539                      ENDDO
540                   ENDDO
541                ENDDO
542             ENDIF
543
[3742]544             IF ( .NOT. ALLOCATED( w_av ) )  THEN
545                ALLOCATE( w_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
546                do_average_w = .TRUE.
547                w_av = 0.0_wp
548             ENDIF
549             IF ( ALLOCATED( w_av )  .AND.  do_average_w )  THEN
[3525]550                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
551                   DO  j = nysg, nyng
[3448]552                      DO  k = nzb, nzt+1
553                         w_av(k,j,i) = w_av(k,j,i) + w(k,j,i)
554                      ENDDO
555                   ENDDO
556                ENDDO
557             ENDIF
[3693]558
[3742]559             IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
560                ALLOCATE( mrt_av_grid(nmrtbl) )
561                do_average_mrt = .TRUE.
562                mrt_av_grid = 0.0_wp
563             ENDIF
564             IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid )  .AND.  do_average_mrt )  THEN
[3693]565
566                IF ( mrt_include_sw )  THEN
567                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
[3739]568                      ( ( human_absorb * mrtinsw(:) +                          &
[3742]569                      mrtinlw(:) ) /                                           &
570                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
[3693]571                ELSE
572                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
[3742]573                      ( mrtinlw(:) /                                           &
574                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
[3693]575                ENDIF
576             ENDIF
[3569]577!
578!--       This is a cumulated dose. No mode == 'average' for this quantity.
579          CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
[4126]580             IF ( ALLOCATED( vitd3_dose ) )  THEN
[3569]581                DO  i = nxlg, nxrg
582                   DO  j = nysg, nyng
[4126]583                      vitd3_dose(j,i) = vitd3_dose(j,i) + vitd3_exposure(j,i)
[3569]584                   ENDDO
585                ENDDO
586             ENDIF
[3448]587
[3569]588          CASE DEFAULT
[3321]589             CONTINUE
590
591       END SELECT
592
593    ELSEIF ( mode == 'average' )  THEN
594
595       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
596
[3525]597          CASE ( 'bio_mrt' )
[3740]598!
599!--          Consider the case 'bio_mrt' is called after some thermal index. In
600!--          that case do_average_mrt will be .TRUE. leading to a double-
601!--          averaging.
[3742]602             IF ( .NOT. do_average_mrt  .AND.  ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
[3525]603                mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) / REAL( average_count_3d, KIND=wp )
[3321]604             ENDIF
605
[4127]606          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*', 'bio_mrt*' )
[3569]607!
608!--          Only continue if update index, see above
[3742]609             IF ( average_trigger_perct  .AND.                                 &
610                TRIM( variable ) /= 'bio_perct*' )  RETURN
611             IF ( average_trigger_utci  .AND.                                  &
612                TRIM( variable ) /= 'bio_utci*' )  RETURN
613             IF ( average_trigger_pet   .AND.                                  &
614                TRIM( variable ) /= 'bio_pet*' )  RETURN
[4127]615             IF ( average_trigger_mrt   .AND.                                  &
616                TRIM( variable ) /= 'bio_mrt*' )  RETURN
[3448]617
[3742]618             IF ( ALLOCATED( pt_av )  .AND.  do_average_theta )  THEN
[3448]619                DO  i = nxl, nxr
620                   DO  j = nys, nyn
621                      DO  k = nzb, nzt+1
[3569]622                         pt_av(k,j,i) = pt_av(k,j,i) /                         &
623                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
[3448]624                      ENDDO
625                   ENDDO
626                ENDDO
[3321]627             ENDIF
628
[3742]629             IF ( ALLOCATED( q_av )  .AND.  do_average_q )  THEN
[3448]630                DO  i = nxl, nxr
631                   DO  j = nys, nyn
632                      DO  k = nzb, nzt+1
[3569]633                         q_av(k,j,i) = q_av(k,j,i) /                           &
634                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
[3448]635                      ENDDO
636                   ENDDO
637                ENDDO
638             ENDIF
[3321]639
[3742]640             IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  do_average_u )  THEN
[3525]641                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
642                   DO  j = nysg, nyng
[3448]643                      DO  k = nzb, nzt+1
[3569]644                         u_av(k,j,i) = u_av(k,j,i) /                           &
645                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
[3448]646                      ENDDO
647                   ENDDO
648                ENDDO
649             ENDIF
650
[3742]651             IF ( ALLOCATED( v_av )  .AND.  do_average_v )  THEN
[3525]652                DO  i = nxlg, nxrg
653                   DO  j = nysg, nyng
[3448]654                      DO  k = nzb, nzt+1
[3569]655                         v_av(k,j,i) = v_av(k,j,i) /                           &
656                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
[3448]657                      ENDDO
658                   ENDDO
659                ENDDO
660             ENDIF
661
[3742]662             IF ( ALLOCATED( w_av )  .AND.  do_average_w )  THEN
[3525]663                DO  i = nxlg, nxrg
664                   DO  j = nysg, nyng
[3448]665                      DO  k = nzb, nzt+1
[3569]666                         w_av(k,j,i) = w_av(k,j,i) /                           &
667                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
[3448]668                      ENDDO
669                   ENDDO
670                ENDDO
671             ENDIF
[3693]672
[3742]673             IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid )  .AND.  do_average_mrt )  THEN
674                mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) / REAL( average_count_3d,      &
675                KIND=wp )
[3693]676             ENDIF
677
[3569]678!
679!--     No averaging for UVEM since we are calculating a dose (only sum is
680!--     calculated and saved to av.nc file)
681
[3448]682        END SELECT
683
[3321]684    ENDIF
685
686
[3525]687 END SUBROUTINE bio_3d_data_averaging
[3321]688
[3448]689
690
[3321]691!------------------------------------------------------------------------------!
692! Description:
693! ------------
[3448]694!> Check data output for biometeorology model
[3321]695!------------------------------------------------------------------------------!
[3735]696 SUBROUTINE bio_check_data_output( var, unit, i, j, ilen, k )
[3321]697
[3479]698    USE control_parameters,                                                    &
699        ONLY: data_output, message_string
[3321]700
[3479]701    IMPLICIT NONE
[3321]702
[3479]703    CHARACTER (LEN=*) ::  unit     !< The unit for the variable var
704    CHARACTER (LEN=*) ::  var      !< The variable in question
[3321]705
[3739]706    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  i     !< Current element of data_output
707    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  j     !< Average quantity? 0 = no, 1 = yes
708    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  ilen  !< Length of current entry in data_output
709    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  k     !< Output is xy mode? 0 = no, 1 = yes
[3321]710
[3479]711    SELECT CASE ( TRIM( var ) )
[3569]712!
[3742]713!--    Allocate a temporary array with the desired output dimensions.
714!--    Arrays for time-averaged thermal indices are also allocated here because
715!--    they are not running through the standard averaging procedure in
716!--    bio_3d_data_averaging as the values of the averaged thermal indices are
717!--    derived in a single step based on priorly averaged arrays (see
718!--    bio_calculate_thermal_index_maps).
[4127]719       CASE ( 'bio_mrt', 'bio_mrt*' )
[3479]720          unit = 'degree_C'
[3739]721          thermal_comfort = .TRUE.  !< enable thermal_comfort if user forgot to do so
[3569]722          IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_grid ) )  THEN
723             ALLOCATE( tmrt_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
[3650]724             tmrt_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
[3569]725          ENDIF
[4127]726          IF ( TRIM( var ) == 'bio_mrt*' )  THEN
727             do_calculate_mrt2d = .TRUE.
728          END IF
[3321]729
[3569]730       CASE ( 'bio_perct*' )
731          unit = 'degree_C'
[3739]732          thermal_comfort = .TRUE.
[3742]733          IF ( j == 0 )  THEN                !< if instantaneous input
[3739]734             do_calculate_perct = .TRUE.
[3735]735             IF ( .NOT. ALLOCATED( perct ) )  THEN
736                ALLOCATE( perct (nys:nyn,nxl:nxr) )
737                perct = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
738             ENDIF
739          ELSE                              !< if averaged input
[3739]740             do_calculate_perct_av = .TRUE.
[3735]741             IF ( .NOT. ALLOCATED( perct_av ) )  THEN
742                ALLOCATE( perct_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
743                perct_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
744             ENDIF
[3569]745          ENDIF
746
747       CASE ( 'bio_utci*' )
748          unit = 'degree_C'
[3739]749          thermal_comfort = .TRUE.
[3742]750          IF ( j == 0 )  THEN
[3739]751             do_calculate_utci = .TRUE.
[3735]752             IF ( .NOT. ALLOCATED( utci ) )  THEN
753                ALLOCATE( utci (nys:nyn,nxl:nxr) )
754                utci = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
755             ENDIF
756          ELSE
[3739]757             do_calculate_utci_av = .TRUE.
[3735]758             IF ( .NOT. ALLOCATED( utci_av ) )  THEN
759                ALLOCATE( utci_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
760                utci_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
761             ENDIF
[3569]762          ENDIF
763
764       CASE ( 'bio_pet*' )
765          unit = 'degree_C'
[3739]766          thermal_comfort = .TRUE.
[3742]767          IF ( j == 0 )  THEN
[3739]768             do_calculate_pet = .TRUE.
[3735]769             IF ( .NOT. ALLOCATED( pet ) )  THEN
770                ALLOCATE( pet (nys:nyn,nxl:nxr) )
771                pet = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
772             ENDIF
773          ELSE
[3739]774             do_calculate_pet_av = .TRUE.
[3735]775             IF ( .NOT. ALLOCATED( pet_av ) )  THEN
776                ALLOCATE( pet_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
777                pet_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
778             ENDIF
[3569]779          ENDIF
780
[3650]781
[3569]782       CASE ( 'uvem_vitd3*' )
[4126]783!           IF (  .NOT.  uv_exposure )  THEN
784!              message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
785!                       'res a namelist &uvexposure_par'
786!              CALL message( 'uvem_check_data_output', 'UV0001', 1, 2, 0, 6, 0 )
787!           ENDIF
[3569]788          IF ( k == 0  .OR.  data_output(i)(ilen-2:ilen) /= '_xy' )  THEN
789             message_string = 'illegal value for data_output: "' //            &
790                              TRIM( var ) // '" & only 2d-horizontal ' //      &
791                              'cross sections are allowed for this value'
792             CALL message( 'check_parameters', 'PA0111', 1, 2, 0, 6, 0 )
793          ENDIF
794          unit = 'IU/s'
795          IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_exposure ) )  THEN
796             ALLOCATE( vitd3_exposure(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
797          ENDIF
798          vitd3_exposure = 0.0_wp
799
800       CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
[4126]801!           IF (  .NOT.  uv_exposure )  THEN
802!              message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
803!                       'res  a namelist &uvexposure_par'
804!              CALL message( 'uvem_check_data_output', 'UV0001', 1, 2, 0, 6, 0 )
805!           ENDIF
[3569]806          IF ( k == 0  .OR.  data_output(i)(ilen-2:ilen) /= '_xy' )  THEN
807             message_string = 'illegal value for data_output: "' //            &
808                              TRIM( var ) // '" & only 2d-horizontal ' //      &
809                              'cross sections are allowed for this value'
810             CALL message( 'check_parameters', 'PA0111', 1, 2, 0, 6, 0 )
811          ENDIF
812          unit = 'IU/av-h'
[4126]813          IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_dose ) )  THEN
814             ALLOCATE( vitd3_dose(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[3569]815          ENDIF
[4126]816          vitd3_dose = 0.0_wp
[3569]817
[3479]818       CASE DEFAULT
819          unit = 'illegal'
820
821    END SELECT
822
[3740]823!
824!--    Further checks if thermal comfort output is desired.
[3742]825    IF ( thermal_comfort  .AND.  unit == 'degree_C' )  THEN
[3479]826!
[3753]827!--    Break if required modules "radiation" is not avalable.
[3742]828       IF ( .NOT.  radiation )  THEN
[3525]829          message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" require'         &
830                           // 's radiation = .TRUE.'
831          CALL message( 'check_parameters', 'PA0509', 1, 2, 0, 6, 0 )
832          unit = 'illegal'
[3479]833       ENDIF
[3753]834!
835!--    All "thermal_comfort" outputs except from 'bio_mrt' will also need
836!--    humidity input. Check also for that.
837       IF ( TRIM( var ) /= 'bio_mrt' )  THEN
838          IF ( .NOT.  humidity )  THEN
839             message_string = 'The estimation of thermal comfort '    //       &
840                              'requires air humidity information, but ' //     &
841                              'humidity module is disabled!'
842             CALL message( 'check_parameters', 'PA0561', 1, 2, 0, 6, 0 )
843             unit = 'illegal'
844          ENDIF
[3739]845       ENDIF
[3479]846
[3525]847
[3479]848    ENDIF
849
[3525]850 END SUBROUTINE bio_check_data_output
[3321]851
[3448]852!------------------------------------------------------------------------------!
853! Description:
854! ------------
855!> Check parameters routine for biom module
[3740]856!> Currently unused but might come in handy for future checks?
[3448]857!------------------------------------------------------------------------------!
[3525]858 SUBROUTINE bio_check_parameters
[3321]859
860
[3448]861    IMPLICIT NONE
[3321]862
[3448]863
864
[3525]865 END SUBROUTINE bio_check_parameters
[3448]866
867
[3321]868!------------------------------------------------------------------------------!
869! Description:
870! ------------
[3525]871!> Subroutine defining 2D output variables
872!> data_output_2d 1188ff
[3321]873!------------------------------------------------------------------------------!
[3525]874 SUBROUTINE bio_data_output_2d( av, variable, found, grid, local_pf,           &
[3569]875                                two_d, nzb_do, nzt_do )
[3321]876
877
878    USE kinds
879
880
881    IMPLICIT NONE
[3569]882!
[3448]883!-- Input variables
[3525]884    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN) ::  variable    !< Char identifier to select var for output
885    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  av          !< Use averaged data? 0 = no, 1 = yes?
886    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  nzb_do      !< Unused. 2D. nz bottom to nz top
887    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  nzt_do      !< Unused.
[3569]888!
[3448]889!-- Output variables
[3525]890    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid   !< Grid type (always "zu1" for biom)
891    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  found  !< Output found?
[3693]892    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  two_d  !< Flag parameter that indicates 2D variables,
893                                              !< horizontal cross sections, must be .TRUE. for thermal indices and uv
[3525]894    REAL(wp), DIMENSION(nxl:nxr,nys:nyn,nzb_do:nzt_do) ::  local_pf  !< Temp. result grid to return
[3569]895!
[3448]896!-- Internal variables
[3525]897    INTEGER(iwp) ::  i        !< Running index, x-dir
898    INTEGER(iwp) ::  j        !< Running index, y-dir
899    INTEGER(iwp) ::  k        !< Running index, z-dir
900    INTEGER(iwp) ::  l        !< Running index, radiation grid
[3321]901
902
[3525]903    found = .TRUE.
[3569]904    local_pf = bio_fill_value
[3525]905
[3569]906    SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
[3321]907
908
[3525]909        CASE ( 'bio_mrt_xy' )
[3569]910           grid = 'zu1'
911           two_d = .FALSE.  !< can be calculated for several levels
912           local_pf = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
913           DO  l = 1, nmrtbl
914              i = mrtbl(ix,l)
915              j = mrtbl(iy,l)
916              k = mrtbl(iz,l)
[3742]917              IF ( k < nzb_do  .OR.  k > nzt_do  .OR.  j < nys  .OR.           &
918                 j > nyn  .OR.  i < nxl  .OR.  i > nxr )  CYCLE
[3569]919              IF ( av == 0 )  THEN
920                 IF ( mrt_include_sw )  THEN
[3739]921                    local_pf(i,j,k) = ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +          &
[3740]922                                    mrtinlw(l) ) /                             &
[3742]923                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
[3739]924                                    degc_to_k
[3569]925                 ELSE
[3740]926                    local_pf(i,j,k) = ( mrtinlw(l)  /                          &
[3742]927                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
[3739]928                                    degc_to_k
[3569]929                 ENDIF
930              ELSE
931                 local_pf(i,j,k) = mrt_av_grid(l)
932              ENDIF
933           ENDDO
[3321]934
[4127]935        CASE ( 'bio_mrt*_xy' )        ! 2d-array
936           grid = 'zu1'
937           two_d = .TRUE.
938           IF ( av == 0 )  THEN
939              DO  i = nxl, nxr
940                 DO  j = nys, nyn
941                    local_pf(i,j,nzb+1) = tmrt_grid(j,i)
942                 ENDDO
943              ENDDO
944           ELSE
945              DO  i = nxl, nxr
946                 DO  j = nys, nyn
947                    local_pf(i,j,nzb+1) = tmrt_av_grid(j,i)
948                 ENDDO
949              ENDDO
950           ENDIF
[3448]951
[4127]952
[3525]953        CASE ( 'bio_perct*_xy' )        ! 2d-array
[3569]954           grid = 'zu1'
955           two_d = .TRUE.
956           IF ( av == 0 )  THEN
[3448]957              DO  i = nxl, nxr
958                 DO  j = nys, nyn
[3525]959                    local_pf(i,j,nzb+1) = perct(j,i)
[3448]960                 ENDDO
961              ENDDO
[3569]962           ELSE
[3448]963              DO  i = nxl, nxr
964                 DO  j = nys, nyn
[3525]965                    local_pf(i,j,nzb+1) = perct_av(j,i)
[3448]966                 ENDDO
967              ENDDO
[3742]968           ENDIF
[3321]969
[3525]970
971        CASE ( 'bio_utci*_xy' )        ! 2d-array
[3569]972           grid = 'zu1'
973           two_d = .TRUE.
974           IF ( av == 0 )  THEN
[3448]975              DO  i = nxl, nxr
976                 DO  j = nys, nyn
[3569]977                    local_pf(i,j,nzb+1) = utci(j,i)
[3448]978                 ENDDO
979              ENDDO
[3569]980           ELSE
[3448]981              DO  i = nxl, nxr
982                 DO  j = nys, nyn
[3569]983                    local_pf(i,j,nzb+1) = utci_av(j,i)
[3448]984                 ENDDO
985              ENDDO
[3742]986           ENDIF
[3321]987
[3525]988
989        CASE ( 'bio_pet*_xy' )        ! 2d-array
[3569]990           grid = 'zu1'
991           two_d = .TRUE.
992           IF ( av == 0 )  THEN
[3448]993              DO  i = nxl, nxr
994                 DO  j = nys, nyn
[3569]995                    local_pf(i,j,nzb+1) = pet(j,i)
[3448]996                 ENDDO
997              ENDDO
[3569]998           ELSE
[3448]999              DO  i = nxl, nxr
1000                 DO  j = nys, nyn
[3569]1001                    local_pf(i,j,nzb+1) = pet_av(j,i)
[3448]1002                 ENDDO
1003              ENDDO
[3742]1004           ENDIF
[3321]1005
[3693]1006!
[3569]1007!--    Before data is transfered to local_pf, transfer is it 2D dummy variable and exchange ghost points therein.
1008!--    However, at this point this is only required for instantaneous arrays, time-averaged quantities are already exchanged.
1009       CASE ( 'uvem_vitd3*_xy' )        ! 2d-array
1010          IF ( av == 0 )  THEN
1011             DO  i = nxl, nxr
1012                DO  j = nys, nyn
1013                   local_pf(i,j,nzb+1) = vitd3_exposure(j,i)
1014                ENDDO
1015             ENDDO
1016          ENDIF
[3525]1017
[3569]1018          two_d = .TRUE.
1019          grid = 'zu1'
1020
1021       CASE ( 'uvem_vitd3dose*_xy' )        ! 2d-array
1022          IF ( av == 1 )  THEN
1023             DO  i = nxl, nxr
1024                DO  j = nys, nyn
[4126]1025                   local_pf(i,j,nzb+1) = vitd3_dose(j,i)
[3569]1026                ENDDO
1027             ENDDO
1028          ENDIF
1029
1030          two_d = .TRUE.
1031          grid = 'zu1'
1032
1033
[3448]1034       CASE DEFAULT
1035          found = .FALSE.
[3525]1036          grid  = 'none'
[3321]1037
[3448]1038    END SELECT
[3321]1039
[3448]1040
[3525]1041 END SUBROUTINE bio_data_output_2d
1042
1043
[3448]1044!------------------------------------------------------------------------------!
1045! Description:
1046! ------------
[3525]1047!> Subroutine defining 3D output variables (dummy, always 2d!)
1048!> data_output_3d 709ff
[3448]1049!------------------------------------------------------------------------------!
[3525]1050 SUBROUTINE bio_data_output_3d( av, variable, found, local_pf, nzb_do, nzt_do )
[3448]1051
[3525]1052    USE indices
[3448]1053
1054    USE kinds
1055
1056
1057    IMPLICIT NONE
[3569]1058!
[3448]1059!-- Input variables
[3525]1060    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN) ::  variable   !< Char identifier to select var for output
1061    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  av       !< Use averaged data? 0 = no, 1 = yes?
1062    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  nzb_do   !< Unused. 2D. nz bottom to nz top
1063    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  nzt_do   !< Unused.
[3569]1064!
[3448]1065!-- Output variables
[3525]1066    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found   !< Output found?
1067    REAL(sp), DIMENSION(nxl:nxr,nys:nyn,nzb_do:nzt_do) ::  local_pf   !< Temp. result grid to return
[3569]1068!
[3448]1069!-- Internal variables
[3525]1070    INTEGER(iwp) ::  l    !< Running index, radiation grid
1071    INTEGER(iwp) ::  i    !< Running index, x-dir
1072    INTEGER(iwp) ::  j    !< Running index, y-dir
1073    INTEGER(iwp) ::  k    !< Running index, z-dir
1074
[3569]1075!     REAL(wp) ::  mrt  !< Buffer for mean radiant temperature
[3448]1076
1077    found = .TRUE.
[3525]1078
[3569]1079    SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
[3448]1080
[3525]1081        CASE ( 'bio_mrt' )
[3569]1082            local_pf = REAL( bio_fill_value, KIND = sp )
[3525]1083            DO  l = 1, nmrtbl
1084               i = mrtbl(ix,l)
1085               j = mrtbl(iy,l)
1086               k = mrtbl(iz,l)
[3742]1087               IF ( k < nzb_do  .OR.  k > nzt_do  .OR.  j < nys  .OR.          &
1088                  j > nyn  .OR.  i < nxl  .OR.  i > nxr )  CYCLE
[3525]1089               IF ( av == 0 )  THEN
1090                  IF ( mrt_include_sw )  THEN
[3735]1091                     local_pf(i,j,k) = REAL( ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +   &
[3740]1092                                    mrtinlw(l) ) /                             &
[3742]1093                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
[3735]1094                                    degc_to_k, KIND = sp )
[3525]1095                  ELSE
[3740]1096                     local_pf(i,j,k) = REAL( ( mrtinlw(l) /                    &
[3742]1097                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
[3735]1098                                    degc_to_k, KIND = sp )
[3525]1099                  ENDIF
1100               ELSE
[3735]1101                  local_pf(i,j,k) = REAL( mrt_av_grid(l), KIND = sp )
[3525]1102               ENDIF
1103            ENDDO
[3448]1104
[3321]1105       CASE DEFAULT
1106          found = .FALSE.
1107
1108    END SELECT
1109
[3525]1110 END SUBROUTINE bio_data_output_3d
[3321]1111
[3448]1112!------------------------------------------------------------------------------!
1113! Description:
1114! ------------
1115!> Subroutine defining appropriate grid for netcdf variables.
1116!> It is called out from subroutine netcdf_interface_mod.
1117!> netcdf_interface_mod 918ff
1118!------------------------------------------------------------------------------!
[3525]1119 SUBROUTINE bio_define_netcdf_grid( var, found, grid_x, grid_y, grid_z )
[3321]1120
[3448]1121    IMPLICIT NONE
[3569]1122!
[3448]1123!-- Input variables
1124    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)  ::  var      !< Name of output variable
[3569]1125!
[3448]1126!-- Output variables
1127    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_x   !< x grid of output variable
1128    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_y   !< y grid of output variable
1129    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_z   !< z grid of output variable
1130
1131    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  found    !< Flag if output var is found
[3569]1132!
[3448]1133!-- Local variables
1134    LOGICAL      :: is2d  !< Var is 2d?
1135
1136    INTEGER(iwp) :: l     !< Length of the var array
1137
1138
1139    found  = .FALSE.
1140    grid_x = 'none'
1141    grid_y = 'none'
1142    grid_z = 'none'
1143
1144    l = MAX( 2, LEN_TRIM( var ) )
1145    is2d = ( var(l-1:l) == 'xy' )
1146
[3742]1147    IF ( var(1:4) == 'bio_' )  THEN
[3448]1148       found  = .TRUE.
1149       grid_x = 'x'
1150       grid_y = 'y'
1151       grid_z = 'zu'
[3742]1152       IF ( is2d  .AND.  var(1:7) /= 'bio_mrt' )  grid_z = 'zu1'
[3448]1153    ENDIF
1154
[3742]1155    IF ( is2d  .AND.  var(1:4) == 'uvem' )  THEN
[3569]1156       grid_x = 'x'
1157       grid_y = 'y'
1158       grid_z = 'zu1'
1159    ENDIF
1160
[3525]1161 END SUBROUTINE bio_define_netcdf_grid
[3448]1162
[3321]1163!------------------------------------------------------------------------------!
1164! Description:
1165! ------------
[3448]1166!> Header output for biom module
1167!> header 982
1168!------------------------------------------------------------------------------!
[3525]1169 SUBROUTINE bio_header( io )
[3448]1170
1171    IMPLICIT NONE
[3569]1172!
[3448]1173!-- Input variables
1174    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io           !< Unit of the output file
[3569]1175!
[3448]1176!-- Internal variables
1177    CHARACTER (LEN=86) ::  output_height_chr  !< String for output height
1178
[3525]1179    WRITE( output_height_chr, '(F8.1,7X)' )  bio_output_height
[3321]1180!
[3448]1181!-- Write biom header
1182    WRITE( io, 1 )
1183    WRITE( io, 2 )  TRIM( output_height_chr )
[3525]1184    WRITE( io, 3 )  TRIM( ACHAR( bio_cell_level ) )
[3448]1185
11861   FORMAT (//' Human thermal comfort module information:'/                    &
1187              ' ------------------------------'/)
11882   FORMAT ('    --> All indices calculated for a height of (m): ', A )
11893   FORMAT ('    --> This corresponds to cell level : ', A )
1190
[3525]1191 END SUBROUTINE bio_header
[3448]1192
1193
[3321]1194!------------------------------------------------------------------------------!
[3448]1195! Description:
1196! ------------
1197!> Initialization of the HTCM
1198!> init_3d_model 1987ff
1199!------------------------------------------------------------------------------!
[3525]1200 SUBROUTINE bio_init
[3321]1201
[3614]1202    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
1203        ONLY:  netcdf_data_input_uvem
[3569]1204
[3448]1205    IMPLICIT NONE
[3569]1206!
[3448]1207!-- Internal vriables
1208    REAL ( wp )  :: height  !< current height in meters
[3685]1209
[3885]1210    IF ( debug_output )  CALL debug_message( 'bio_init', 'start' )
[3569]1211!
[3448]1212!-- Determine cell level corresponding to 1.1 m above ground level
1213!   (gravimetric center of sample human)
[3321]1214
[3525]1215    bio_cell_level = 0_iwp
1216    bio_output_height = 0.5_wp * dz(1)
[3448]1217    height = 0.0_wp
[3321]1218
[3753]1219    bio_cell_level = INT( 1.099_wp / dz(1) )
[3525]1220    bio_output_height = bio_output_height + bio_cell_level * dz(1)
[3569]1221!
[3753]1222!-- Set radiation level if not done by user
1223    IF ( mrt_nlevels == 0 )  THEN
1224       mrt_nlevels = bio_cell_level + 1_iwp
1225    ENDIF
1226!
[3569]1227!-- Init UVEM and load lookup tables
[3650]1228    IF ( uv_exposure )  CALL netcdf_data_input_uvem
[3735]1229
[3885]1230    IF ( debug_output )  CALL debug_message( 'bio_init', 'end' )
[3569]1231
[3525]1232 END SUBROUTINE bio_init
[3321]1233
1234
[3448]1235!------------------------------------------------------------------------------!
1236! Description:
1237! ------------
[3711]1238!> Checks done after the Initialization
1239!------------------------------------------------------------------------------!
1240 SUBROUTINE bio_init_checks
1241
1242    USE control_parameters,                                                    &
1243        ONLY: message_string
1244
[4126]1245    IF ( (.NOT. radiation_interactions) .AND. ( thermal_comfort ) )  THEN
[3711]1246       message_string = 'The mrt calculation requires ' //                     &
1247                        'enabled radiation_interactions but it ' //            &
1248                        'is disabled!'
1249       CALL message( 'bio_init_checks', 'PAHU03', 1, 2, 0, 6, 0 )
1250    ENDIF
1251
1252
1253 END SUBROUTINE bio_init_checks
1254
1255
1256!------------------------------------------------------------------------------!
1257! Description:
1258! ------------
[3448]1259!> Parin for &biometeorology_parameters for reading biomet parameters
[3321]1260!------------------------------------------------------------------------------!
[3525]1261 SUBROUTINE bio_parin
[3321]1262
[3448]1263    IMPLICIT NONE
[3321]1264
[3448]1265!
1266!-- Internal variables
1267    CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< Dummy string for current line in parameter file
[3321]1268
[3735]1269    NAMELIST /biometeorology_parameters/  thermal_comfort,                     &
1270
[3569]1271!
1272!-- UVEM namelist parameters
1273                                          clothing,                            &
1274                                          consider_obstructions,               &
1275                                          orientation_angle,                   &
1276                                          sun_in_south,                        &
1277                                          turn_to_sun,                         &
1278                                          uv_exposure
[3321]1279
1280
[3448]1281!-- Try to find biometeorology_parameters namelist
1282    REWIND ( 11 )
1283    line = ' '
1284    DO WHILE ( INDEX( line, '&biometeorology_parameters' ) == 0 )
1285       READ ( 11, '(A)', END = 20 )  line
1286    ENDDO
1287    BACKSPACE ( 11 )
[3321]1288
[3448]1289!
1290!-- Read biometeorology_parameters namelist
1291    READ ( 11, biometeorology_parameters, ERR = 10, END = 20 )
[3321]1292
[3448]1293!
1294!-- Set flag that indicates that the biomet_module is switched on
1295    biometeorology = .TRUE.
[3321]1296
[3448]1297    GOTO 20
[3321]1298
[3448]1299!
1300!-- In case of error
1301 10 BACKSPACE( 11 )
1302    READ( 11 , '(A)') line
1303    CALL parin_fail_message( 'biometeorology_parameters', line )
[3321]1304
[3448]1305!
1306!-- Complete
1307 20 CONTINUE
[3321]1308
1309
[3525]1310 END SUBROUTINE bio_parin
[3321]1311
1312!------------------------------------------------------------------------------!
1313! Description:
1314! ------------
[3693]1315!> Soubroutine reads global biometeorology configuration from restart file(s)
1316!------------------------------------------------------------------------------!
1317 SUBROUTINE bio_rrd_global( found )
1318
1319    USE control_parameters,                                                    &
1320        ONLY:  length, restart_string
1321
1322
1323    IMPLICIT NONE
1324
1325    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found      !< variable found? yes = .T., no = .F.
1326
1327    found = .TRUE.
1328
1329
1330    SELECT CASE ( restart_string(1:length) )
1331
1332!
1333!--    read control flags to determine if input grids need to be averaged
1334       CASE ( 'do_average_theta' )
1335          READ ( 13 )  do_average_theta
1336
1337       CASE ( 'do_average_q' )
1338          READ ( 13 )  do_average_q
1339
1340       CASE ( 'do_average_u' )
1341          READ ( 13 )  do_average_u
1342
1343       CASE ( 'do_average_v' )
1344          READ ( 13 )  do_average_v
1345
1346       CASE ( 'do_average_w' )
1347          READ ( 13 )  do_average_w
1348
1349       CASE ( 'do_average_mrt' )
1350          READ ( 13 )  do_average_mrt
1351
1352!
1353!--    read control flags to determine which thermal index needs to trigger averaging
1354       CASE ( 'average_trigger_perct' )
1355          READ ( 13 )  average_trigger_perct
1356
1357       CASE ( 'average_trigger_utci' )
1358          READ ( 13 )  average_trigger_utci
1359
1360       CASE ( 'average_trigger_pet' )
1361          READ ( 13 )  average_trigger_pet
1362
[4127]1363       CASE ( 'average_trigger_mrt' )
1364          READ ( 13 )  average_trigger_mrt
[3693]1365
[4127]1366
[3693]1367       CASE DEFAULT
1368
1369          found = .FALSE.
1370
1371    END SELECT
1372
1373
1374 END SUBROUTINE bio_rrd_global
1375
1376
1377!------------------------------------------------------------------------------!
1378! Description:
1379! ------------
1380!> Soubroutine reads local biometeorology configuration from restart file(s)
1381!------------------------------------------------------------------------------!
1382 SUBROUTINE bio_rrd_local( found )
1383
1384
1385    USE control_parameters,                                                    &
1386        ONLY:  length, restart_string
1387
1388
1389    IMPLICIT NONE
1390
1391
1392    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found      !< variable found? yes = .T., no = .F.
1393
1394    found = .TRUE.
1395
1396
1397    SELECT CASE ( restart_string(1:length) )
1398
1399       CASE ( 'nmrtbl' )
1400          READ ( 13 )  bio_nmrtbl
1401
1402       CASE ( 'mrt_av_grid' )
1403          IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1404             ALLOCATE( mrt_av_grid(bio_nmrtbl) )
1405          ENDIF
1406          READ ( 13 )  mrt_av_grid
1407
1408
1409       CASE DEFAULT
1410
1411          found = .FALSE.
1412
1413    END SELECT
1414
1415
1416 END SUBROUTINE bio_rrd_local
1417
1418!------------------------------------------------------------------------------!
1419! Description:
1420! ------------
1421!> Write global restart data for the biometeorology module.
1422!------------------------------------------------------------------------------!
1423 SUBROUTINE bio_wrd_global
1424
1425    IMPLICIT NONE
1426
1427    CALL wrd_write_string( 'do_average_theta' )
1428    WRITE ( 14 )  do_average_theta
1429    CALL wrd_write_string( 'do_average_q' )
1430    WRITE ( 14 )  do_average_q
1431    CALL wrd_write_string( 'do_average_u' )
1432    WRITE ( 14 )  do_average_u
1433    CALL wrd_write_string( 'do_average_v' )
1434    WRITE ( 14 )  do_average_v
1435    CALL wrd_write_string( 'do_average_w' )
1436    WRITE ( 14 )  do_average_w
1437    CALL wrd_write_string( 'do_average_mrt' )
1438    WRITE ( 14 )  do_average_mrt
1439    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_perct' )
1440    WRITE ( 14 )  average_trigger_perct
1441    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_utci' )
1442    WRITE ( 14 )  average_trigger_utci
1443    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_pet' )
1444    WRITE ( 14 )  average_trigger_pet
[4127]1445    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_mrt' )
1446    WRITE ( 14 )  average_trigger_mrt
[3693]1447
1448 END SUBROUTINE bio_wrd_global
1449
1450
1451!------------------------------------------------------------------------------!
1452! Description:
1453! ------------
1454!> Write local restart data for the biometeorology module.
1455!------------------------------------------------------------------------------!
1456 SUBROUTINE bio_wrd_local
1457
1458    IMPLICIT NONE
1459
1460!
1461!-- First nmrtbl has to be written/read, because it is the dimension of mrt_av_grid
1462    CALL wrd_write_string( 'nmrtbl' )
1463    WRITE ( 14 )  nmrtbl
1464
1465    IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1466       CALL wrd_write_string( 'mrt_av_grid' )
1467       WRITE ( 14 )  mrt_av_grid
1468    ENDIF
1469
1470
1471 END SUBROUTINE bio_wrd_local
1472
1473!------------------------------------------------------------------------------!
1474! Description:
1475! ------------
[3525]1476!> Calculate biometeorology MRT for all 2D grid
[3321]1477!------------------------------------------------------------------------------!
[3525]1478 SUBROUTINE bio_calculate_mrt_grid ( av )
[3321]1479
[3448]1480    IMPLICIT NONE
[3321]1481
[3525]1482    LOGICAL, INTENT(IN)         ::  av    !< use averaged input?
[3569]1483!
[3525]1484!-- Internal variables
1485    INTEGER(iwp)                ::  i     !< Running index, x-dir, radiation coordinates
1486    INTEGER(iwp)                ::  j     !< Running index, y-dir, radiation coordinates
1487    INTEGER(iwp)                ::  k     !< Running index, y-dir, radiation coordinates
1488    INTEGER(iwp)                ::  l     !< Running index, radiation coordinates
[3321]1489
[3693]1490
[3740]1491!
1492!-- We need to differentiate if averaged input is desired (av == .TRUE.) or not.
[3742]1493    IF ( av )  THEN
[3740]1494!
1495!-- Make sure tmrt_av_grid is present and initialize with the fill value
[3693]1496       IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_av_grid ) )  THEN
1497          ALLOCATE( tmrt_av_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
1498       ENDIF
[3735]1499       tmrt_av_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
[3693]1500
[3740]1501!
1502!-- mrt_av_grid should always be allcoated here, but better make sure ist actually is.
1503       IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1504!
1505!-- Iterate over the radiation grid (radiation coordinates) and fill the
1506!-- tmrt_av_grid (x, y coordinates) where appropriate:
1507!-- tmrt_av_grid is written for all i / j if level (k) matches output height.
1508          DO  l = 1, nmrtbl
1509             i = mrtbl(ix,l)
1510             j = mrtbl(iy,l)
1511             k = mrtbl(iz,l)
[4168]1512             IF ( k - topo_top_ind(j,i,0) == bio_cell_level + 1_iwp)  THEN
[3740]1513!
1514!-- Averaging was done before, so we can just copy the result here
1515                tmrt_av_grid(j,i) = mrt_av_grid(l)
[3693]1516
[3740]1517             ENDIF
1518          ENDDO
1519       ENDIF
[3693]1520
[3740]1521!
1522!-- In case instantaneous input is desired, mrt values will be re-calculated.
[3693]1523    ELSE
[3569]1524!
[3593]1525!-- Calculate biometeorology MRT from local radiation fluxes calculated by RTM and assign
1526!-- into 2D grid. Depending on selected output quantities, tmrt_grid might not have been
1527!-- allocated in bio_check_data_output yet.
[3693]1528       IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_grid ) )  THEN
1529          ALLOCATE( tmrt_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
1530       ENDIF
1531       tmrt_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
[3593]1532
[3693]1533       DO  l = 1, nmrtbl
1534          i = mrtbl(ix,l)
1535          j = mrtbl(iy,l)
1536          k = mrtbl(iz,l)
[4168]1537          IF ( k - topo_top_ind(j,i,0) == bio_cell_level + 1_iwp)  THEN
[3693]1538             IF ( mrt_include_sw )  THEN
[3735]1539                 tmrt_grid(j,i) = ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +              &
[3740]1540                                  mrtinlw(l) )  /                              &
[3742]1541                                  ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -       &
[3735]1542                                  degc_to_k
[3693]1543             ELSE
[3740]1544                 tmrt_grid(j,i) = ( mrtinlw(l)  /                              &
[3742]1545                                  ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -       &
[3735]1546                                  degc_to_k
[3693]1547             ENDIF
[3525]1548          ENDIF
[3693]1549       ENDDO
1550    ENDIF
[3321]1551
[3525]1552END SUBROUTINE bio_calculate_mrt_grid
[3321]1553
1554
[3448]1555!------------------------------------------------------------------------------!
1556! Description:
1557! ------------
1558!> Calculate static thermal indices for 2D grid point i, j
1559!------------------------------------------------------------------------------!
[3525]1560 SUBROUTINE bio_get_thermal_index_input_ij( average_input, i, j, ta, vp, ws,   &
[4168]1561                                            pair, tmrt )
[3321]1562
[3448]1563    IMPLICIT NONE
[3569]1564!
[3448]1565!-- Input variables
1566    LOGICAL,      INTENT ( IN ) ::  average_input  !< Determine averaged input conditions?
1567    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  i     !< Running index, x-dir
1568    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  j     !< Running index, y-dir
[3569]1569!
[3448]1570!-- Output parameters
[3593]1571    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  tmrt  !< Mean radiant temperature        (degree_C)
1572    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  ta    !< Air temperature                 (degree_C)
[3448]1573    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  vp    !< Vapour pressure                 (hPa)
1574    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  ws    !< Wind speed    (local level)     (m/s)
1575    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  pair  !< Air pressure                    (hPa)
[3569]1576!
[3448]1577!-- Internal variables
1578    INTEGER(iwp)                ::  k     !< Running index, z-dir
1579    INTEGER(iwp)                ::  k_wind  !< Running index, z-dir, wind speed only
[3321]1580
[3448]1581    REAL(wp)                    ::  vp_sat  !< Saturation vapor pressure     (hPa)
[3321]1582
[3569]1583!
[3448]1584!-- Determine cell level closest to 1.1m above ground
1585!   by making use of truncation due to int cast
[4168]1586    k = INT( topo_top_ind(j,i,0) + bio_cell_level )  !< Vertical cell center closest to 1.1m
[3525]1587
1588!
1589!-- Avoid non-representative horizontal u and v of 0.0 m/s too close to ground
[3448]1590    k_wind = k
[3742]1591    IF ( bio_cell_level < 1_iwp )  THEN
[3525]1592       k_wind = k + 1_iwp
[3448]1593    ENDIF
[3569]1594!
[3448]1595!-- Determine local values:
[3742]1596    IF ( average_input )  THEN
[3569]1597!
[3448]1598!--    Calculate ta from Tp assuming dry adiabatic laps rate
[3749]1599       ta = bio_fill_value
1600       IF ( ALLOCATED( pt_av ) )  THEN
[3753]1601          ta = pt_av(k,j,i) - ( 0.0098_wp * dz(1) * ( k + .5_wp ) ) - degc_to_k
[3749]1602       ENDIF
[3321]1603
[3569]1604       vp = bio_fill_value
[3742]1605       IF ( humidity  .AND.  ALLOCATED( q_av ) )  THEN
1606          vp = q_av(k,j,i)
[3448]1607       ENDIF
[3321]1608
[3749]1609       ws = bio_fill_value
1610       IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  ALLOCATED( v_av )  .AND.                 &
1611          ALLOCATED( w_av ) )  THEN
1612             ws = ( 0.5_wp * ABS( u_av(k_wind,j,i) + u_av(k_wind,j,i+1) )  +   &
1613             0.5_wp * ABS( v_av(k_wind,j,i) + v_av(k_wind,j+1,i) )  +          &
1614             0.5_wp * ABS( w_av(k_wind,j,i) + w_av(k_wind+1,j,i) ) )
1615       ENDIF
[3448]1616    ELSE
[3569]1617!
[3448]1618!-- Calculate ta from Tp assuming dry adiabatic laps rate
[3742]1619       ta = pt(k,j,i) - ( 0.0098_wp * dz(1) * (  k + .5_wp ) ) - degc_to_k
[3321]1620
[3569]1621       vp = bio_fill_value
[3742]1622       IF ( humidity )  THEN
1623          vp = q(k,j,i)
[3525]1624       ENDIF
[3321]1625
[3749]1626       ws = ( 0.5_wp * ABS( u(k_wind,j,i) + u(k_wind,j,i+1) )  +               &
1627          0.5_wp * ABS( v(k_wind,j,i) + v(k_wind,j+1,i) )  +                   &
1628          0.5_wp * ABS( w(k_wind,j,i) + w(k_wind+1,j,i) ) )
[3321]1629
[3448]1630    ENDIF
[3569]1631!
[3448]1632!-- Local air pressure
1633    pair = surface_pressure
1634!
1635!-- Calculate water vapour pressure at saturation and convert to hPa
1636!-- The magnus formula is limited to temperatures up to 333.15 K to
1637!   avoid negative values of vp_sat
[3742]1638    IF ( vp > -998._wp )  THEN
[3525]1639       vp_sat = 0.01_wp * magnus( MIN( ta + degc_to_k, 333.15_wp ) )
1640       vp  = vp * pair / ( vp + 0.622_wp )
[3742]1641       IF ( vp > vp_sat )  vp = vp_sat
[3525]1642    ENDIF
[3569]1643!
[3525]1644!-- local mtr value at [i,j]
[3569]1645    tmrt = bio_fill_value  !< this can be a valid result (e.g. for inside some ostacle)
[3742]1646    IF ( .NOT. average_input )  THEN
[3569]1647!
[3525]1648!--    Use MRT from RTM precalculated in tmrt_grid
1649       tmrt = tmrt_grid(j,i)
[3693]1650    ELSE
1651       tmrt = tmrt_av_grid(j,i)
[3448]1652    ENDIF
1653
[3525]1654 END SUBROUTINE bio_get_thermal_index_input_ij
[3448]1655
1656
[3321]1657!------------------------------------------------------------------------------!
1658! Description:
1659! ------------
[3448]1660!> Calculate static thermal indices for any point within a 2D grid
1661!> time_integration.f90: 1065ff
[3321]1662!------------------------------------------------------------------------------!
[3749]1663 SUBROUTINE bio_calculate_thermal_index_maps( av )
[3321]1664
[3448]1665    IMPLICIT NONE
[3569]1666!
[3448]1667!-- Input attributes
[3525]1668    LOGICAL, INTENT ( IN ) ::  av  !< Calculate based on averaged input conditions?
[3569]1669!
[3448]1670!-- Internal variables
[3569]1671    INTEGER(iwp) ::  i, j     !< Running index
[3321]1672
[3569]1673    REAL(wp) ::  clo          !< Clothing index                (no dimension)
[3593]1674    REAL(wp) ::  ta           !< Air temperature                  (degree_C)
[3569]1675    REAL(wp) ::  vp           !< Vapour pressure                  (hPa)
1676    REAL(wp) ::  ws           !< Wind speed    (local level)      (m/s)
1677    REAL(wp) ::  pair         !< Air pressure                     (hPa)
[3593]1678    REAL(wp) ::  perct_ij     !< Perceived temperature            (degree_C)
1679    REAL(wp) ::  utci_ij      !< Universal thermal climate index  (degree_C)
1680    REAL(wp) ::  pet_ij       !< Physiologically equivalent temperature  (degree_C)
1681    REAL(wp) ::  tmrt_ij      !< Mean radiant temperature         (degree_C)
[3321]1682
[3569]1683!
[3749]1684!-- Check if some thermal index is desired. Don't do anything if, e.g. only
1685!-- bio_mrt is desired.
1686    IF ( do_calculate_perct  .OR.  do_calculate_perct_av  .OR.                 &
1687       do_calculate_utci  .OR.  do_calculate_utci_av  .OR.                     &
[4127]1688       do_calculate_pet  .OR.  do_calculate_pet_av  .OR.                       &
1689       do_calculate_mrt2d )  THEN
[3321]1690
[3569]1691!
[3749]1692!--    fill out the MRT 2D grid from appropriate source (RTM, RRTMG,...)
1693       CALL bio_calculate_mrt_grid ( av )
1694
1695       DO  i = nxl, nxr
1696          DO  j = nys, nyn
[3569]1697!
[3749]1698!--          Determine local input conditions
1699             tmrt_ij = bio_fill_value
1700             vp      = bio_fill_value
[3569]1701!
[3749]1702!--          Determine local meteorological conditions
1703             CALL bio_get_thermal_index_input_ij ( av, i, j, ta, vp,           &
1704                                                   ws, pair, tmrt_ij )
[3569]1705!
[3749]1706!--          Only proceed if input is available
1707             pet_ij   = bio_fill_value   !< set fail value, e.g. valid for
1708             perct_ij = bio_fill_value   !< within some obstacle
1709             utci_ij  = bio_fill_value
1710             IF ( .NOT. ( tmrt_ij <= -998._wp  .OR.  vp <= -998._wp  .OR.      &
1711                ws <= -998._wp  .OR.  ta <= -998._wp ) )  THEN
1712!
1713!--             Calculate static thermal indices based on local tmrt
1714                clo = bio_fill_value
[3569]1715
[3749]1716                IF ( do_calculate_perct  .OR.  do_calculate_perct_av )  THEN
[3569]1717!
[3749]1718!--                Estimate local perceived temperature
1719                   CALL calculate_perct_static( ta, vp, ws, tmrt_ij, pair,     &
1720                      clo, perct_ij )
1721                ENDIF
[3569]1722
[3749]1723                IF ( do_calculate_utci  .OR.  do_calculate_utci_av )  THEN
[3569]1724!
[3749]1725!--                Estimate local universal thermal climate index
1726                   CALL calculate_utci_static( ta, vp, ws, tmrt_ij,            &
1727                      bio_output_height, utci_ij )
1728                ENDIF
[3569]1729
[3749]1730                IF ( do_calculate_pet  .OR.  do_calculate_pet_av )  THEN
[3569]1731!
[3749]1732!--                Estimate local physiologically equivalent temperature
1733                   CALL calculate_pet_static( ta, vp, ws, tmrt_ij, pair,       &
1734                      pet_ij )
1735                ENDIF
[3525]1736             ENDIF
[3321]1737
1738
[3749]1739             IF ( av )  THEN
[3569]1740!
[3749]1741!--             Write results for selected averaged indices
1742                IF ( do_calculate_perct_av )  THEN
1743                   perct_av(j, i) = perct_ij
1744                ENDIF
1745                IF ( do_calculate_utci_av )  THEN
1746                   utci_av(j, i) = utci_ij
1747                ENDIF
1748                IF ( do_calculate_pet_av )  THEN
1749                   pet_av(j, i)  = pet_ij
1750                ENDIF
1751             ELSE
[3569]1752!
[3749]1753!--             Write result for selected indices
1754                IF ( do_calculate_perct )  THEN
1755                   perct(j, i) = perct_ij
1756                ENDIF
1757                IF ( do_calculate_utci )  THEN
1758                   utci(j, i) = utci_ij
1759                ENDIF
1760                IF ( do_calculate_pet )  THEN
1761                   pet(j, i)  = pet_ij
1762                ENDIF
[3742]1763             ENDIF
[3321]1764
[3749]1765          ENDDO
[3742]1766       ENDDO
[3749]1767    ENDIF
[3321]1768
[3525]1769 END SUBROUTINE bio_calculate_thermal_index_maps
[3321]1770
[3448]1771!------------------------------------------------------------------------------!
1772! Description:
1773! ------------
1774!> Calculate dynamic thermal indices (currently only iPT, but expandable)
1775!------------------------------------------------------------------------------!
[3525]1776 SUBROUTINE bio_calc_ipt( ta, vp, ws, pair, tmrt, dt, energy_storage,          &
[3448]1777    t_clo, clo, actlev, age, weight, height, work, sex, ipt )
[3321]1778
[3448]1779    IMPLICIT NONE
[3569]1780!
[3448]1781!-- Input parameters
[3593]1782    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta   !< Air temperature                  (degree_C)
[3448]1783    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  vp   !< Vapour pressure                  (hPa)
1784    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ws   !< Wind speed    (local level)      (m/s)
1785    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pair !< Air pressure                     (hPa)
[3593]1786    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  tmrt !< Mean radiant temperature         (degree_C)
[3448]1787    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  dt   !< Time past since last calculation (s)
1788    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  age  !< Age of agent                     (y)
1789    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  weight  !< Weight of agent               (Kg)
1790    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  height  !< Height of agent               (m)
1791    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  work    !< Mechanical workload of agent
1792                                         !  (without metabolism!)         (W)
1793    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  sex  !< Sex of agent (1 = male, 2 = female)
[3569]1794!
[3448]1795!-- Both, input and output parameters
1796    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  energy_storage    !< Energy storage   (W/m²)
[3593]1797    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  t_clo   !< Clothing temperature       (degree_C)
[3448]1798    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  clo     !< Current clothing in sulation
1799    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  actlev  !< Individuals activity level
1800                                            !  per unit surface area      (W/m²)
[3569]1801!
[3448]1802!-- Output parameters
[3593]1803    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  ipt    !< Instationary perceived temp.   (degree_C)
[3569]1804!
[3693]1805!-- return immediatelly if nothing to do!
[3742]1806    IF ( .NOT. thermal_comfort )  THEN
[3693]1807        RETURN
1808    ENDIF
1809!
[3448]1810!-- If clo equals the initial value, this is the initial call
[3742]1811    IF ( clo <= -998._wp )  THEN
[3569]1812!
[3448]1813!--    Initialize instationary perceived temperature with personalized
1814!      PT as an initial guess, set actlev and clo
[3749]1815       CALL ipt_init( age, weight, height, sex, work, actlev, clo,            &
[3448]1816          ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, energy_storage, t_clo,                   &
1817          ipt )
1818    ELSE
[3569]1819!
[3448]1820!--    Estimate local instatinoary perceived temperature
1821       CALL ipt_cycle ( ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, energy_storage, t_clo,     &
1822          clo, actlev, work, ipt )
1823    ENDIF
[3321]1824
[3525]1825 END SUBROUTINE bio_calc_ipt
[3448]1826
[3525]1827
[3650]1828
[3525]1829!------------------------------------------------------------------------------!
1830! Description:
1831! ------------
1832!> SUBROUTINE for calculating UTCI Temperature (UTCI)
1833!> computed by a 6th order approximation
[3693]1834!>
[3525]1835!> UTCI regression equation after
1836!> Bröde P, Fiala D, Blazejczyk K, Holmér I, Jendritzky G, Kampmann B, Tinz B,
1837!> Havenith G (2012) Deriving the operational procedure for the Universal Thermal
1838!> Climate Index (UTCI). International Journal of Biometeorology 56 (3):481-494.
1839!> doi:10.1007/s00484-011-0454-1
[3693]1840!>
[3525]1841!> original source available at:
1842!> www.utci.org
1843!------------------------------------------------------------------------------!
[3569]1844 SUBROUTINE calculate_utci_static( ta_in, vp, ws_hag, tmrt, hag, utci_ij )
[3525]1845
1846    IMPLICIT NONE
[3569]1847!
[3525]1848!-- Type of input of the argument list
[3593]1849    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  ta_in    !< Local air temperature (degree_C)
[3569]1850    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  vp       !< Loacl vapour pressure (hPa)
1851    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  ws_hag   !< Incident wind speed (m/s)
[3593]1852    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  tmrt     !< Local mean radiant temperature (degree_C)
[3569]1853    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  hag      !< Height of wind speed input (m)
1854!
[3525]1855!-- Type of output of the argument list
[3593]1856    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  utci_ij  !< Universal Thermal Climate Index (degree_C)
[3525]1857
[3593]1858    REAL(WP) ::  ta           !< air temperature modified by offset (degree_C)
[3569]1859    REAL(WP) ::  pa           !< air pressure in kPa      (kPa)
[3593]1860    REAL(WP) ::  d_tmrt       !< delta-tmrt               (degree_C)
[3569]1861    REAL(WP) ::  va           !< wind speed at 10 m above ground level    (m/s)
[3593]1862    REAL(WP) ::  offset       !< utci deviation by ta cond. exceeded      (degree_C)
[3569]1863    REAL(WP) ::  part_ta      !< Air temperature related part of the regression
1864    REAL(WP) ::  ta2          !< 2 times ta
1865    REAL(WP) ::  ta3          !< 3 times ta
1866    REAL(WP) ::  ta4          !< 4 times ta
1867    REAL(WP) ::  ta5          !< 5 times ta
1868    REAL(WP) ::  ta6          !< 6 times ta
1869    REAL(WP) ::  part_va      !< Vapour pressure related part of the regression
1870    REAL(WP) ::  va2          !< 2 times va
1871    REAL(WP) ::  va3          !< 3 times va
1872    REAL(WP) ::  va4          !< 4 times va
1873    REAL(WP) ::  va5          !< 5 times va
1874    REAL(WP) ::  va6          !< 6 times va
1875    REAL(WP) ::  part_d_tmrt  !< Mean radiant temp. related part of the reg.
1876    REAL(WP) ::  d_tmrt2      !< 2 times d_tmrt
1877    REAL(WP) ::  d_tmrt3      !< 3 times d_tmrt
1878    REAL(WP) ::  d_tmrt4      !< 4 times d_tmrt
1879    REAL(WP) ::  d_tmrt5      !< 5 times d_tmrt
1880    REAL(WP) ::  d_tmrt6      !< 6 times d_tmrt
1881    REAL(WP) ::  part_pa      !< Air pressure related part of the regression
1882    REAL(WP) ::  pa2          !< 2 times pa
1883    REAL(WP) ::  pa3          !< 3 times pa
1884    REAL(WP) ::  pa4          !< 4 times pa
1885    REAL(WP) ::  pa5          !< 5 times pa
1886    REAL(WP) ::  pa6          !< 6 times pa
1887    REAL(WP) ::  part_pa2     !< Air pressure^2 related part of the regression
1888    REAL(WP) ::  part_pa3     !< Air pressure^3 related part of the regression
1889    REAL(WP) ::  part_pa46    !< Air pressure^4-6 related part of the regression
[3525]1890
[3569]1891!
[3525]1892!-- Initialize
1893    offset = 0._wp
1894    ta = ta_in
1895    d_tmrt = tmrt - ta_in
[3569]1896!
[3525]1897!-- Use vapour pressure in kpa
1898    pa = vp / 10.0_wp
[3569]1899!
[3525]1900!-- Wind altitude correction from hag to 10m after Broede et al. (2012), eq.3
[3693]1901!-- z(0) is set to 0.01 according to UTCI profile definition
[3525]1902    va = ws_hag *  log ( 10.0_wp / 0.01_wp ) / log ( hag / 0.01_wp )
[3569]1903!
[3525]1904!-- Check if input values in range after Broede et al. (2012)
[3742]1905    IF ( ( d_tmrt > 70._wp )  .OR.  ( d_tmrt < -30._wp )  .OR.                 &
1906       ( vp >= 50._wp ) )  THEN
[3569]1907       utci_ij = bio_fill_value
[3525]1908       RETURN
1909    ENDIF
[3569]1910!
[3525]1911!-- Apply eq. 2 in Broede et al. (2012) for ta out of bounds
[3742]1912    IF ( ta > 50._wp )  THEN
[3525]1913       offset = ta - 50._wp
1914       ta = 50._wp
1915    ENDIF
[3742]1916    IF ( ta < -50._wp )  THEN
[3525]1917       offset = ta + 50._wp
1918       ta = -50._wp
1919    ENDIF
[3569]1920!
[3525]1921!-- For routine application. For wind speeds and relative
[3693]1922!-- humidity values below 0.5 m/s or 5%, respectively, the
1923!-- user is advised to use the lower bounds for the calculations.
[3742]1924    IF ( va < 0.5_wp )  va = 0.5_wp
1925    IF ( va > 17._wp )  va = 17._wp
[3525]1926
[3569]1927!
1928!-- Pre-calculate multiples of input parameters to save time later
1929
1930    ta2 = ta  * ta
1931    ta3 = ta2 * ta
1932    ta4 = ta3 * ta
1933    ta5 = ta4 * ta
1934    ta6 = ta5 * ta
1935
1936    va2 = va  * va
1937    va3 = va2 * va
1938    va4 = va3 * va
1939    va5 = va4 * va
1940    va6 = va5 * va
1941
1942    d_tmrt2 = d_tmrt  * d_tmrt
1943    d_tmrt3 = d_tmrt2 * d_tmrt
1944    d_tmrt4 = d_tmrt3 * d_tmrt
1945    d_tmrt5 = d_tmrt4 * d_tmrt
1946    d_tmrt6 = d_tmrt5 * d_tmrt
1947
1948    pa2 = pa  * pa
1949    pa3 = pa2 * pa
1950    pa4 = pa3 * pa
1951    pa5 = pa4 * pa
1952    pa6 = pa5 * pa
1953
1954!
1955!-- Pre-calculate parts of the regression equation
1956    part_ta = (  6.07562052e-01_wp )       +                                   &
1957              ( -2.27712343e-02_wp ) * ta  +                                   &
1958              (  8.06470249e-04_wp ) * ta2 +                                   &
1959              ( -1.54271372e-04_wp ) * ta3 +                                   &
1960              ( -3.24651735e-06_wp ) * ta4 +                                   &
1961              (  7.32602852e-08_wp ) * ta5 +                                   &
1962              (  1.35959073e-09_wp ) * ta6
1963
1964    part_va = ( -2.25836520e+00_wp ) * va +                                    &
1965        (  8.80326035e-02_wp ) * ta  * va +                                    &
1966        (  2.16844454e-03_wp ) * ta2 * va +                                    &
1967        ( -1.53347087e-05_wp ) * ta3 * va +                                    &
1968        ( -5.72983704e-07_wp ) * ta4 * va +                                    &
1969        ( -2.55090145e-09_wp ) * ta5 * va +                                    &
1970        ( -7.51269505e-01_wp ) *       va2 +                                   &
1971        ( -4.08350271e-03_wp ) * ta  * va2 +                                   &
1972        ( -5.21670675e-05_wp ) * ta2 * va2 +                                   &
1973        (  1.94544667e-06_wp ) * ta3 * va2 +                                   &
1974        (  1.14099531e-08_wp ) * ta4 * va2 +                                   &
1975        (  1.58137256e-01_wp ) *       va3 +                                   &
1976        ( -6.57263143e-05_wp ) * ta  * va3 +                                   &
1977        (  2.22697524e-07_wp ) * ta2 * va3 +                                   &
1978        ( -4.16117031e-08_wp ) * ta3 * va3 +                                   &
1979        ( -1.27762753e-02_wp ) *       va4 +                                   &
1980        (  9.66891875e-06_wp ) * ta  * va4 +                                   &
1981        (  2.52785852e-09_wp ) * ta2 * va4 +                                   &
1982        (  4.56306672e-04_wp ) *       va5 +                                   &
1983        ( -1.74202546e-07_wp ) * ta  * va5 +                                   &
1984        ( -5.91491269e-06_wp ) * va6
1985
1986    part_d_tmrt = (  3.98374029e-01_wp ) *       d_tmrt +                      &
1987            (  1.83945314e-04_wp ) * ta  *       d_tmrt +                      &
1988            ( -1.73754510e-04_wp ) * ta2 *       d_tmrt +                      &
1989            ( -7.60781159e-07_wp ) * ta3 *       d_tmrt +                      &
1990            (  3.77830287e-08_wp ) * ta4 *       d_tmrt +                      &
1991            (  5.43079673e-10_wp ) * ta5 *       d_tmrt +                      &
1992            ( -2.00518269e-02_wp ) *       va  * d_tmrt +                      &
1993            (  8.92859837e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt +                      &
1994            (  3.45433048e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt +                      &
1995            ( -3.77925774e-07_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt +                      &
1996            ( -1.69699377e-09_wp ) * ta4 * va  * d_tmrt +                      &
1997            (  1.69992415e-04_wp ) *       va2 * d_tmrt +                      &
1998            ( -4.99204314e-05_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt +                      &
1999            (  2.47417178e-07_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt +                      &
2000            (  1.07596466e-08_wp ) * ta3 * va2 * d_tmrt +                      &
2001            (  8.49242932e-05_wp ) *       va3 * d_tmrt +                      &
2002            (  1.35191328e-06_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt +                      &
2003            ( -6.21531254e-09_wp ) * ta2 * va3 * d_tmrt +                      &
2004            ( -4.99410301e-06_wp ) * va4 *       d_tmrt +                      &
2005            ( -1.89489258e-08_wp ) * ta  * va4 * d_tmrt +                      &
2006            (  8.15300114e-08_wp ) *       va5 * d_tmrt +                      &
2007            (  7.55043090e-04_wp ) *             d_tmrt2 +                     &
2008            ( -5.65095215e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 +                     &
2009            ( -4.52166564e-07_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 +                     &
2010            (  2.46688878e-08_wp ) * ta3 *       d_tmrt2 +                     &
2011            (  2.42674348e-10_wp ) * ta4 *       d_tmrt2 +                     &
2012            (  1.54547250e-04_wp ) *       va  * d_tmrt2 +                     &
2013            (  5.24110970e-06_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 +                     &
2014            ( -8.75874982e-08_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt2 +                     &
2015            ( -1.50743064e-09_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt2 +                     &
2016            ( -1.56236307e-05_wp ) *       va2 * d_tmrt2 +                     &
2017            ( -1.33895614e-07_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt2 +                     &
2018            (  2.49709824e-09_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt2 +                     &
2019            (  6.51711721e-07_wp ) *       va3 * d_tmrt2 +                     &
2020            (  1.94960053e-09_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt2 +                     &
2021            ( -1.00361113e-08_wp ) *       va4 * d_tmrt2 +                     &
2022            ( -1.21206673e-05_wp ) *             d_tmrt3 +                     &
2023            ( -2.18203660e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 +                     &
2024            (  7.51269482e-09_wp ) * ta2 *       d_tmrt3 +                     &
2025            (  9.79063848e-11_wp ) * ta3 *       d_tmrt3 +                     &
2026            (  1.25006734e-06_wp ) *       va  * d_tmrt3 +                     &
2027            ( -1.81584736e-09_wp ) * ta  * va  * d_tmrt3 +                     &
2028            ( -3.52197671e-10_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt3 +                     &
2029            ( -3.36514630e-08_wp ) *       va2 * d_tmrt3 +                     &
2030            (  1.35908359e-10_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt3 +                     &
2031            (  4.17032620e-10_wp ) *       va3 * d_tmrt3 +                     &
2032            ( -1.30369025e-09_wp ) *             d_tmrt4 +                     &
2033            (  4.13908461e-10_wp ) * ta  *       d_tmrt4 +                     &
2034            (  9.22652254e-12_wp ) * ta2 *       d_tmrt4 +                     &
2035            ( -5.08220384e-09_wp ) *       va  * d_tmrt4 +                     &
2036            ( -2.24730961e-11_wp ) * ta  * va  * d_tmrt4 +                     &
2037            (  1.17139133e-10_wp ) *       va2 * d_tmrt4 +                     &
2038            (  6.62154879e-10_wp ) *             d_tmrt5 +                     &
2039            (  4.03863260e-13_wp ) * ta  *       d_tmrt5 +                     &
2040            (  1.95087203e-12_wp ) *       va  * d_tmrt5 +                     &
2041            ( -4.73602469e-12_wp ) *             d_tmrt6
2042
2043    part_pa = (  5.12733497e+00_wp ) *                pa +                     &
2044       ( -3.12788561e-01_wp ) * ta  *                 pa +                     &
2045       ( -1.96701861e-02_wp ) * ta2 *                 pa +                     &
2046       (  9.99690870e-04_wp ) * ta3 *                 pa +                     &
2047       (  9.51738512e-06_wp ) * ta4 *                 pa +                     &
2048       ( -4.66426341e-07_wp ) * ta5 *                 pa +                     &
2049       (  5.48050612e-01_wp ) *       va  *           pa +                     &
2050       ( -3.30552823e-03_wp ) * ta  * va  *           pa +                     &
2051       ( -1.64119440e-03_wp ) * ta2 * va  *           pa +                     &
2052       ( -5.16670694e-06_wp ) * ta3 * va  *           pa +                     &
2053       (  9.52692432e-07_wp ) * ta4 * va  *           pa +                     &
2054       ( -4.29223622e-02_wp ) *       va2 *           pa +                     &
2055       (  5.00845667e-03_wp ) * ta  * va2 *           pa +                     &
2056       (  1.00601257e-06_wp ) * ta2 * va2 *           pa +                     &
2057       ( -1.81748644e-06_wp ) * ta3 * va2 *           pa +                     &
2058       ( -1.25813502e-03_wp ) *       va3 *           pa +                     &
2059       ( -1.79330391e-04_wp ) * ta  * va3 *           pa +                     &
2060       (  2.34994441e-06_wp ) * ta2 * va3 *           pa +                     &
2061       (  1.29735808e-04_wp ) *       va4 *           pa +                     &
2062       (  1.29064870e-06_wp ) * ta  * va4 *           pa +                     &
2063       ( -2.28558686e-06_wp ) *       va5 *           pa +                     &
2064       ( -3.69476348e-02_wp ) *             d_tmrt  * pa +                     &
2065       (  1.62325322e-03_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa +                     &
2066       ( -3.14279680e-05_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa +                     &
2067       (  2.59835559e-06_wp ) * ta3 *       d_tmrt  * pa +                     &
2068       ( -4.77136523e-08_wp ) * ta4 *       d_tmrt  * pa +                     &
2069       (  8.64203390e-03_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa +                     &
2070       ( -6.87405181e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2071       ( -9.13863872e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2072       (  5.15916806e-07_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2073       ( -3.59217476e-05_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2074       (  3.28696511e-05_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2075       ( -7.10542454e-07_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2076       ( -1.24382300e-05_wp ) *       va3 * d_tmrt  * pa +                     &
2077       ( -7.38584400e-09_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt  * pa +                     &
2078       (  2.20609296e-07_wp ) *       va4 * d_tmrt  * pa +                     &
2079       ( -7.32469180e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa +                     &
2080       ( -1.87381964e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa +                     &
2081       (  4.80925239e-06_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 * pa +                     &
2082       ( -8.75492040e-08_wp ) * ta3 *       d_tmrt2 * pa +                     &
2083       (  2.77862930e-05_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2084       ( -5.06004592e-06_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2085       (  1.14325367e-07_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2086       (  2.53016723e-06_wp ) *       va2 * d_tmrt2 * pa +                     &
2087       ( -1.72857035e-08_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt2 * pa +                     &
2088       ( -3.95079398e-08_wp ) *       va3 * d_tmrt2 * pa +                     &
2089       ( -3.59413173e-07_wp ) *             d_tmrt3 * pa +                     &
2090       (  7.04388046e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 * pa +                     &
2091       ( -1.89309167e-08_wp ) * ta2 *       d_tmrt3 * pa +                     &
2092       ( -4.79768731e-07_wp ) *       va  * d_tmrt3 * pa +                     &
2093       (  7.96079978e-09_wp ) * ta  * va  * d_tmrt3 * pa +                     &
2094       (  1.62897058e-09_wp ) *       va2 * d_tmrt3 * pa +                     &
2095       (  3.94367674e-08_wp ) *             d_tmrt4 * pa +                     &
2096       ( -1.18566247e-09_wp ) * ta *        d_tmrt4 * pa +                     &
2097       (  3.34678041e-10_wp ) *       va  * d_tmrt4 * pa +                     &
2098       ( -1.15606447e-10_wp ) *             d_tmrt5 * pa
2099
2100    part_pa2 = ( -2.80626406e+00_wp ) *               pa2 +                    &
2101       (  5.48712484e-01_wp ) * ta  *                 pa2 +                    &
2102       ( -3.99428410e-03_wp ) * ta2 *                 pa2 +                    &
2103       ( -9.54009191e-04_wp ) * ta3 *                 pa2 +                    &
2104       (  1.93090978e-05_wp ) * ta4 *                 pa2 +                    &
2105       ( -3.08806365e-01_wp ) *       va *            pa2 +                    &
2106       (  1.16952364e-02_wp ) * ta  * va *            pa2 +                    &
2107       (  4.95271903e-04_wp ) * ta2 * va *            pa2 +                    &
2108       ( -1.90710882e-05_wp ) * ta3 * va *            pa2 +                    &
2109       (  2.10787756e-03_wp ) *       va2 *           pa2 +                    &
2110       ( -6.98445738e-04_wp ) * ta  * va2 *           pa2 +                    &
2111       (  2.30109073e-05_wp ) * ta2 * va2 *           pa2 +                    &
2112       (  4.17856590e-04_wp ) *       va3 *           pa2 +                    &
2113       ( -1.27043871e-05_wp ) * ta  * va3 *           pa2 +                    &
2114       ( -3.04620472e-06_wp ) *       va4 *           pa2 +                    &
2115       (  5.14507424e-02_wp ) *             d_tmrt  * pa2 +                    &
2116       ( -4.32510997e-03_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2117       (  8.99281156e-05_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2118       ( -7.14663943e-07_wp ) * ta3 *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2119       ( -2.66016305e-04_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2120       (  2.63789586e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2121       ( -7.01199003e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2122       ( -1.06823306e-04_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2123       (  3.61341136e-06_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2124       (  2.29748967e-07_wp ) *       va3 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2125       (  3.04788893e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa2 +                    &
2126       ( -6.42070836e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa2 +                    &
2127       (  1.16257971e-06_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 * pa2 +                    &
2128       (  7.68023384e-06_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2129       ( -5.47446896e-07_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2130       ( -3.59937910e-08_wp ) *       va2 * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2131       ( -4.36497725e-06_wp ) *             d_tmrt3 * pa2 +                    &
2132       (  1.68737969e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 * pa2 +                    &
2133       (  2.67489271e-08_wp ) *       va  * d_tmrt3 * pa2 +                    &
2134       (  3.23926897e-09_wp ) *             d_tmrt4 * pa2
2135
2136    part_pa3 = ( -3.53874123e-02_wp ) *               pa3 +                    &
2137       ( -2.21201190e-01_wp ) * ta  *                 pa3 +                    &
2138       (  1.55126038e-02_wp ) * ta2 *                 pa3 +                    &
2139       ( -2.63917279e-04_wp ) * ta3 *                 pa3 +                    &
2140       (  4.53433455e-02_wp ) *       va  *           pa3 +                    &
2141       ( -4.32943862e-03_wp ) * ta  * va  *           pa3 +                    &
2142       (  1.45389826e-04_wp ) * ta2 * va  *           pa3 +                    &
2143       (  2.17508610e-04_wp ) *       va2 *           pa3 +                    &
2144       ( -6.66724702e-05_wp ) * ta  * va2 *           pa3 +                    &
2145       (  3.33217140e-05_wp ) *       va3 *           pa3 +                    &
2146       ( -2.26921615e-03_wp ) *             d_tmrt  * pa3 +                    &
2147       (  3.80261982e-04_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa3 +                    &
2148       ( -5.45314314e-09_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa3 +                    &
2149       ( -7.96355448e-04_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa3 +                    &
2150       (  2.53458034e-05_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa3 +                    &
2151       ( -6.31223658e-06_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa3 +                    &
2152       (  3.02122035e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa3 +                    &
2153       ( -4.77403547e-06_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa3 +                    &
2154       (  1.73825715e-06_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa3 +                    &
2155       ( -4.09087898e-07_wp ) *             d_tmrt3 * pa3
2156
2157    part_pa46 = (  6.14155345e-01_wp ) *              pa4 +                    &
2158       ( -6.16755931e-02_wp ) * ta  *                 pa4 +                    &
2159       (  1.33374846e-03_wp ) * ta2 *                 pa4 +                    &
2160       (  3.55375387e-03_wp ) *       va  *           pa4 +                    &
[3693]2161       ( -5.13027851e-04_wp ) * ta  * va  *           pa4 +                    &
[3569]2162       (  1.02449757e-04_wp ) *       va2 *           pa4 +                    &
2163       ( -1.48526421e-03_wp ) *             d_tmrt  * pa4 +                    &
2164       ( -4.11469183e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa4 +                    &
2165       ( -6.80434415e-06_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa4 +                    &
2166       ( -9.77675906e-06_wp ) *             d_tmrt2 * pa4 +                    &
2167       (  8.82773108e-02_wp ) *                       pa5 +                    &
2168       ( -3.01859306e-03_wp ) * ta  *                 pa5 +                    &
2169       (  1.04452989e-03_wp ) *       va  *           pa5 +                    &
2170       (  2.47090539e-04_wp ) *             d_tmrt  * pa5 +                    &
2171       (  1.48348065e-03_wp ) *                       pa6
2172!
[3525]2173!-- Calculate 6th order polynomial as approximation
[3569]2174    utci_ij = ta + part_ta + part_va + part_d_tmrt + part_pa + part_pa2 +      &
2175        part_pa3 + part_pa46
2176!
[3525]2177!-- Consider offset in result
[3569]2178    utci_ij = utci_ij + offset
[3525]2179
2180 END SUBROUTINE calculate_utci_static
2181
2182
2183
2184
2185!------------------------------------------------------------------------------!
2186! Description:
2187! ------------
[3593]2188!> calculate_perct_static: Estimation of perceived temperature (PT, degree_C)
[3525]2189!> Value of perct is the Perceived Temperature, degree centigrade
2190!------------------------------------------------------------------------------!
[3569]2191 SUBROUTINE calculate_perct_static( ta, vp, ws, tmrt, pair, clo, perct_ij )
[3525]2192
2193    IMPLICIT NONE
[3569]2194!
[3525]2195!-- Type of input of the argument list
2196    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ta   !< Local air temperature (degC)
2197    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: vp   !< Local vapour pressure (hPa)
2198    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: tmrt !< Local mean radiant temperature (degC)
2199    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ws   !< Local wind velocitry (m/s)
2200    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pair !< Local barometric air pressure (hPa)
[3569]2201!
[3525]2202!-- Type of output of the argument list
[3569]2203    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: perct_ij  !< Perceived temperature (degC)
2204    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: clo       !< Clothing index (dimensionless)
2205!
[3525]2206!-- Parameters for standard "Klima-Michel"
[3693]2207    REAL(wp), PARAMETER :: eta = 0._wp  !< Mechanical work efficiency for walking on flat ground
2208                                        !< (compare to Fanger (1972) pp 24f)
2209    REAL(wp), PARAMETER :: actlev = 134.6862_wp  !< Workload by activity per standardized surface (A_Du)
[3569]2210!
[3525]2211!-- Type of program variables
2212    REAL(wp), PARAMETER :: eps = 0.0005  !< Accuracy in clothing insulation (clo) for evaluation the root of Fanger's PMV (pmva=0)
2213    REAL(wp) ::  sclo           !< summer clothing insulation
2214    REAL(wp) ::  wclo           !< winter clothing insulation
2215    REAL(wp) ::  d_pmv          !< PMV deviation (dimensionless --> PMV)
2216    REAL(wp) ::  svp_ta         !< saturation vapor pressure    (hPa)
2217    REAL(wp) ::  sult_lim       !< threshold for sultrieness    (hPa)
2218    REAL(wp) ::  dgtcm          !< Mean deviation dependent on perct
2219    REAL(wp) ::  dgtcstd        !< Mean deviation plus its standard deviation
2220    REAL(wp) ::  clon           !< clo for neutral conditions   (clo)
2221    REAL(wp) ::  ireq_minimal   !< Minimal required clothing insulation (clo)
2222    REAL(wp) ::  pmv_w          !< Fangers predicted mean vote for winter clothing
2223    REAL(wp) ::  pmv_s          !< Fangers predicted mean vote for summer clothing
2224    REAL(wp) ::  pmva           !< adjusted predicted mean vote
[3593]2225    REAL(wp) ::  ptc            !< perceived temp. for cold conditions (degree_C)
[3525]2226    REAL(wp) ::  d_std          !< factor to threshold for sultriness
2227    REAL(wp) ::  pmvs           !< pred. mean vote considering sultrieness
2228
2229    INTEGER(iwp) :: ncount      !< running index
2230    INTEGER(iwp) :: nerr_cold   !< error number (cold conditions)
2231    INTEGER(iwp) :: nerr        !< error number
2232
2233    LOGICAL :: sultrieness
[3569]2234!
[3525]2235!-- Initialise
[3569]2236    perct_ij = bio_fill_value
[3525]2237
2238    nerr     = 0_iwp
2239    ncount   = 0_iwp
2240    sultrieness  = .FALSE.
[3569]2241!
[3525]2242!-- Tresholds: clothing insulation (account for model inaccuracies)
[3569]2243!
[3693]2244!-- summer clothing
[3525]2245    sclo     = 0.44453_wp
[3569]2246!
[3693]2247!-- winter clothing
[3525]2248    wclo     = 1.76267_wp
[3569]2249!
[3525]2250!-- decision: firstly calculate for winter or summer clothing
[3742]2251    IF ( ta <= 10._wp )  THEN
[3569]2252!
[3525]2253!--    First guess: winter clothing insulation: cold stress
2254       clo = wclo
[3753]2255       CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
[3525]2256       pmv_w = pmva
2257
[3742]2258       IF ( pmva > 0._wp )  THEN
[3569]2259!
[3525]2260!--       Case summer clothing insulation: heat load ?
2261          clo = sclo
[3753]2262          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
[3525]2263          pmv_s = pmva
[3742]2264          IF ( pmva <= 0._wp )  THEN
[3569]2265!
[3525]2266!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
[3693]2267!--          Between winter and summer set values
[3525]2268             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,      &
[3753]2269                pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
[3742]2270             IF ( ncount < 0_iwp )  THEN
[3525]2271                nerr = -1_iwp
2272                RETURN
2273             ENDIF
[3742]2274          ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
[3525]2275             clo = 0.5_wp
2276             CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta,           &
[3753]2277                           pmva )
[3525]2278          ENDIF
[3742]2279       ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
[3525]2280          clo = 1.75_wp
[3753]2281          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
[3525]2282       ENDIF
2283    ELSE
[3569]2284!
[3525]2285!--    First guess: summer clothing insulation: heat load
2286       clo = sclo
[3753]2287       CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
[3525]2288       pmv_s = pmva
2289
[3742]2290       IF ( pmva < 0._wp )  THEN
[3569]2291!
[3525]2292!--       Case winter clothing insulation: cold stress ?
2293          clo = wclo
[3753]2294          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
[3525]2295          pmv_w = pmva
2296
[3742]2297          IF ( pmva >= 0._wp )  THEN
[3569]2298!
[3525]2299!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
[3693]2300!--          between winter and summer set values
[3525]2301             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,      &
[3753]2302                               pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
[3742]2303             IF ( ncount < 0_iwp )  THEN
[3525]2304                nerr = -1_iwp
2305                RETURN
2306             ENDIF
[3742]2307          ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
[3525]2308             clo = 1.75_wp
2309             CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta,           &
[3753]2310                           pmva )
[3525]2311          ENDIF
[3742]2312       ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
[3525]2313          clo = 0.5_wp
[3753]2314          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
[3525]2315       ENDIF
2316
2317    ENDIF
[3569]2318!
[3525]2319!-- Determine perceived temperature by regression equation + adjustments
2320    pmvs = pmva
[3749]2321    CALL perct_regression( pmva, clo, perct_ij )
[3569]2322    ptc = perct_ij
[3742]2323    IF ( clo >= 1.75_wp  .AND.  pmva <= -0.11_wp )  THEN
[3569]2324!
[3525]2325!--    Adjust for cold conditions according to Gagge 1986
2326       CALL dpmv_cold ( pmva, ta, ws, tmrt, nerr_cold, d_pmv )
[3742]2327       IF ( nerr_cold > 0_iwp )  nerr = -5_iwp
[3525]2328       pmvs = pmva - d_pmv
[3742]2329       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
[3525]2330          d_pmv  = 0._wp
2331          pmvs   = -0.11_wp
2332       ENDIF
[3749]2333       CALL perct_regression( pmvs, clo, perct_ij )
[3525]2334    ENDIF
2335!     clo_fanger = clo
2336    clon = clo
[3742]2337    IF ( clo > 0.5_wp  .AND.  perct_ij <= 8.73_wp )  THEN
[3569]2338!
[3525]2339!--    Required clothing insulation (ireq) is exclusively defined for
[3753]2340!--    perceived temperatures (perct) less 10 (C) for a
[3693]2341!--    reference wind of 0.2 m/s according to 8.73 (C) for 0.1 m/s
[3569]2342       clon = ireq_neutral ( perct_ij, ireq_minimal, nerr )
[3525]2343       clo = clon
2344    ENDIF
[3749]2345    CALL calc_sultr( ptc, dgtcm, dgtcstd, sult_lim )
[3525]2346    sultrieness    = .FALSE.
2347    d_std = -99._wp
[3742]2348    IF ( pmva > 0.06_wp  .AND.  clo <= 0.5_wp )  THEN
[3569]2349!
[3525]2350!--    Adjust for warm/humid conditions according to Gagge 1986
2351       CALL saturation_vapor_pressure ( ta, svp_ta )
2352       d_pmv  = deltapmv ( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
2353       pmvs   = pmva + d_pmv
[3749]2354       CALL perct_regression( pmvs, clo, perct_ij )
[3742]2355       IF ( sult_lim < 99._wp )  THEN
2356          IF ( (perct_ij - ptc) > sult_lim )  sultrieness = .TRUE.
[3569]2357!
[3525]2358!--       Set factor to threshold for sultriness
[3749]2359          IF ( ABS( dgtcstd ) > 0.00001_wp )  THEN
[3569]2360             d_std = ( ( perct_ij - ptc ) - dgtcm ) / dgtcstd
[3525]2361          ENDIF
2362       ENDIF
2363    ENDIF
2364
2365 END SUBROUTINE calculate_perct_static
2366
2367!------------------------------------------------------------------------------!
2368! Description:
2369! ------------
[3693]2370!> The SUBROUTINE calculates the (saturation) water vapour pressure
[3525]2371!> (hPa = hecto Pascal) for a given temperature ta (degC).
[3693]2372!> 'ta' can be the air temperature or the dew point temperature. The first will
2373!> result in the current vapor pressure (hPa), the latter will calulate the
2374!> saturation vapor pressure (hPa).
[3525]2375!------------------------------------------------------------------------------!
2376 SUBROUTINE saturation_vapor_pressure( ta, svp_ta )
2377
2378    IMPLICIT NONE
2379
2380    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta     !< ambient air temperature (degC)
[3693]2381    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  svp_ta !< water vapour pressure (hPa)
[3525]2382
2383    REAL(wp)      ::  b
2384    REAL(wp)      ::  c
2385
2386
[3742]2387    IF ( ta < 0._wp )  THEN
[3569]2388!
[3693]2389!--    ta  < 0 (degC): water vapour pressure over ice
[3525]2390       b = 17.84362_wp
2391       c = 245.425_wp
2392    ELSE
[3569]2393!
[3693]2394!--    ta >= 0 (degC): water vapour pressure over water
[3525]2395       b = 17.08085_wp
2396       c = 234.175_wp
2397    ENDIF
[3569]2398!
[3525]2399!-- Saturation water vapour pressure
[3753]2400    svp_ta = 6.1078_wp * EXP( b * ta / ( c + ta ) )
[3525]2401
2402 END SUBROUTINE saturation_vapor_pressure
2403
2404!------------------------------------------------------------------------------!
2405! Description:
2406! ------------
2407!> Find the clothing insulation value clo_res (clo) to make Fanger's Predicted
2408!> Mean Vote (PMV) equal comfort (pmva=0) for actual meteorological conditions
2409!> (ta,tmrt, vp, ws, pair) and values of individual's activity level
2410!------------------------------------------------------------------------------!
2411 SUBROUTINE iso_ridder( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,             &
[3753]2412                       pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, nerr,               &
[3525]2413                       clo_res )
2414
2415    IMPLICIT NONE
[3569]2416!
[3525]2417!-- Input variables of argument list:
[3693]2418    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ta       !< Ambient temperature (degC)
[3525]2419    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: tmrt     !< Mean radiant temperature (degC)
[3693]2420    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: vp       !< Water vapour pressure (hPa)
2421    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ws       !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
2422    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pair     !< Barometric air pressure (hPa)
[3525]2423    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: actlev   !< Individuals activity level per unit surface area (W/m2)
2424    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: eta      !< Individuals work efficiency (dimensionless)
2425    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: sclo     !< Lower threshold of bracketing clothing insulation (clo)
2426    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: wclo     !< Upper threshold of bracketing clothing insulation (clo)
2427    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: eps      !< (0.05) accuracy in clothing insulation (clo) for
2428!                                          evaluation the root of Fanger's PMV (pmva=0)
2429    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pmv_w    !< Fanger's PMV corresponding to wclo
2430    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pmv_s    !< Fanger's PMV corresponding to sclo
[3569]2431!
[3693]2432!-- Output variables of argument list:
[3525]2433    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: pmva     !< 0 (set to zero, because clo is evaluated for comfort)
2434    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: clo_res  !< Resulting clothing insulation value (clo)
2435    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) :: nerr !< Error status / quality flag
[3693]2436                                         !< nerr >= 0, o.k., and nerr is the number of iterations for convergence
2437                                         !< nerr = -1: error = malfunction of Ridder's convergence method
2438                                         !< nerr = -2: error = maximum iterations (max_iteration) exceeded
2439                                         !< nerr = -3: error = root not bracketed between sclo and wclo
[3569]2440!
[3525]2441!-- Type of program variables
2442    INTEGER(iwp), PARAMETER  ::  max_iteration = 15_iwp       !< max number of iterations
2443    REAL(wp),     PARAMETER  ::  guess_0       = -1.11e30_wp  !< initial guess
2444    REAL(wp) ::  x_ridder    !< current guess for clothing insulation   (clo)
2445    REAL(wp) ::  clo_lower   !< lower limit of clothing insulation      (clo)
2446    REAL(wp) ::  clo_upper   !< upper limit of clothing insulation      (clo)
2447    REAL(wp) ::  x_lower     !< lower guess for clothing insulation     (clo)
2448    REAL(wp) ::  x_upper     !< upper guess for clothing insulation     (clo)
2449    REAL(wp) ::  x_average   !< average of x_lower and x_upper          (clo)
2450    REAL(wp) ::  x_new       !< preliminary result for clothing insulation (clo)
2451    REAL(wp) ::  y_lower     !< predicted mean vote for summer clothing
2452    REAL(wp) ::  y_upper     !< predicted mean vote for winter clothing
2453    REAL(wp) ::  y_average   !< average of y_lower and y_upper
2454    REAL(wp) ::  y_new       !< preliminary result for pred. mean vote
2455    REAL(wp) ::  sroot       !< sqrt of PMV-guess
2456    INTEGER(iwp) ::  j       !< running index
[3569]2457!
[3525]2458!-- Initialise
2459    nerr    = 0_iwp
[3569]2460!
[3525]2461!-- Set pmva = 0 (comfort): Root of PMV depending on clothing insulation
[3569]2462    x_ridder    = bio_fill_value
[3525]2463    pmva        = 0._wp
2464    clo_lower   = sclo
2465    y_lower     = pmv_s
2466    clo_upper   = wclo
2467    y_upper     = pmv_w
[3742]2468    IF ( ( y_lower > 0._wp  .AND.  y_upper < 0._wp )  .OR.                     &
2469         ( y_lower < 0._wp  .AND.  y_upper > 0._wp ) )  THEN
[3525]2470       x_lower  = clo_lower
2471       x_upper  = clo_upper
2472       x_ridder = guess_0
2473
[3742]2474       DO  j = 1_iwp, max_iteration
[3525]2475          x_average = 0.5_wp * ( x_lower + x_upper )
2476          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, x_average, actlev, eta,        &
[3753]2477                        y_average )
2478          sroot = SQRT( y_average**2 - y_lower * y_upper )
[3749]2479          IF ( ABS( sroot ) < 0.00001_wp )  THEN
[3525]2480             clo_res = x_average
2481             nerr = j
2482             RETURN
2483          ENDIF
2484          x_new = x_average + ( x_average - x_lower ) *                        &
2485                      ( SIGN ( 1._wp, y_lower - y_upper ) * y_average / sroot )
[3753]2486          IF ( ABS( x_new - x_ridder ) <= eps )  THEN
[3525]2487             clo_res = x_ridder
2488             nerr       = j
2489             RETURN
2490          ENDIF
2491          x_ridder = x_new
2492          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, x_ridder, actlev, eta,         &
[3753]2493                        y_new )
[3749]2494          IF ( ABS( y_new ) < 0.00001_wp )  THEN
[3525]2495             clo_res = x_ridder
2496             nerr       = j
2497             RETURN
2498          ENDIF
[3749]2499          IF ( ABS( SIGN( y_average, y_new ) - y_average ) > 0.00001_wp )  THEN
[3525]2500             x_lower = x_average
2501             y_lower = y_average
2502             x_upper  = x_ridder
2503             y_upper  = y_new
[3749]2504          ELSE IF ( ABS( SIGN( y_lower, y_new ) - y_lower ) > 0.00001_wp )  THEN
[3525]2505             x_upper  = x_ridder
2506             y_upper  = y_new
[3749]2507          ELSE IF ( ABS( SIGN( y_upper, y_new ) - y_upper ) > 0.00001_wp )  THEN
[3525]2508             x_lower = x_ridder
2509             y_lower = y_new
2510          ELSE
[3569]2511!
[3525]2512!--          Never get here in x_ridder: singularity in y
[3749]2513             nerr    = -1_iwp
[3525]2514             clo_res = x_ridder
2515             RETURN
2516          ENDIF
[3753]2517          IF ( ABS( x_upper - x_lower ) <= eps )  THEN
[3525]2518             clo_res = x_ridder
[3749]2519             nerr    = j
[3525]2520             RETURN
2521          ENDIF
2522       ENDDO
[3569]2523!
[3525]2524!--    x_ridder exceed maximum iterations
2525       nerr       = -2_iwp
2526       clo_res = y_new
2527       RETURN
[3749]2528    ELSE IF ( ABS( y_lower ) < 0.00001_wp )  THEN
[3525]2529       x_ridder = clo_lower
[3749]2530    ELSE IF ( ABS( y_upper ) < 0.00001_wp )  THEN
[3525]2531       x_ridder = clo_upper
2532    ELSE
[3569]2533!
[3525]2534!--    x_ridder not bracketed by u_clo and o_clo
2535       nerr = -3_iwp
2536       clo_res = x_ridder
2537       RETURN
2538    ENDIF
2539
2540 END SUBROUTINE iso_ridder
2541
2542!------------------------------------------------------------------------------!
2543! Description:
2544! ------------
2545!> Regression relations between perceived temperature (perct) and (adjusted)
2546!> PMV. The regression presumes the Klima-Michel settings for reference
2547!> individual and reference environment.
2548!------------------------------------------------------------------------------!
[3569]2549 SUBROUTINE perct_regression( pmv, clo, perct_ij )
[3525]2550
2551    IMPLICIT NONE
2552
2553    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pmv   !< Fangers predicted mean vote (dimensionless)
2554    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  clo   !< clothing insulation index (clo)
2555
[3569]2556    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  perct_ij   !< perct (degC) corresponding to given PMV / clo
[3525]2557
[3742]2558    IF ( pmv <= -0.11_wp )  THEN
[3569]2559       perct_ij = 5.805_wp + 12.6784_wp * pmv
[3525]2560    ELSE
[3742]2561       IF ( pmv >= + 0.01_wp )  THEN
[3569]2562          perct_ij = 16.826_wp + 6.163_wp * pmv
[3525]2563       ELSE
[3569]2564          perct_ij = 21.258_wp - 9.558_wp * clo
[3525]2565       ENDIF
2566    ENDIF
2567
2568 END SUBROUTINE perct_regression
2569
2570!------------------------------------------------------------------------------!
2571! Description:
2572! ------------
2573!> FANGER.F90
2574!>
2575!> SI-VERSION: ACTLEV W m-2, DAMPFDRUCK hPa
2576!> Berechnet das aktuelle Predicted Mean Vote nach Fanger
2577!>
2578!> The case of free convection (ws < 0.1 m/s) is dealt with ws = 0.1 m/s
2579!------------------------------------------------------------------------------!
[3753]2580 SUBROUTINE fanger( ta, tmrt, pa, in_ws, pair, in_clo, actlev, eta, pmva )
[3525]2581
2582    IMPLICIT NONE
[3569]2583!
[3525]2584!-- Input variables of argument list:
2585    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  ta       !< Ambient air temperature (degC)
2586    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  tmrt     !< Mean radiant temperature (degC)
2587    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pa       !< Water vapour pressure (hPa)
2588    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pair     !< Barometric pressure (hPa) at site
2589    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  in_ws    !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
2590    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  in_clo   !< Clothing insulation (clo)
2591    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  actlev   !< Individuals activity level per unit surface area (W/m2)
2592    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  eta      !< Individuals mechanical work efficiency (dimensionless)
[3569]2593!
[3525]2594!-- Output variables of argument list:
2595    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  pmva    !< Actual Predicted Mean Vote (PMV,
[3693]2596                                         !< dimensionless) according to Fanger corresponding to meteorological
2597                                         !< (ta,tmrt,pa,ws,pair) and individual variables (clo, actlev, eta)
[3569]2598!
[3525]2599!-- Internal variables
2600    REAL(wp) ::  f_cl         !< Increase in surface due to clothing    (factor)
2601    REAL(wp) ::  heat_convection  !< energy loss by autocnvection       (W)
2602    REAL(wp) ::  activity     !< persons activity  (must stay == actlev, W)
[3593]2603    REAL(wp) ::  t_skin_aver  !< average skin temperature               (degree_C)
[3525]2604    REAL(wp) ::  bc           !< preliminary result storage
2605    REAL(wp) ::  cc           !< preliminary result storage
2606    REAL(wp) ::  dc           !< preliminary result storage
2607    REAL(wp) ::  ec           !< preliminary result storage
2608    REAL(wp) ::  gc           !< preliminary result storage
[3593]2609    REAL(wp) ::  t_clothing   !< clothing temperature                   (degree_C)
[3525]2610    REAL(wp) ::  hr           !< radiational heat resistence
2611    REAL(wp) ::  clo          !< clothing insulation index              (clo)
2612    REAL(wp) ::  ws           !< wind speed                             (m/s)
2613    REAL(wp) ::  z1           !< Empiric factor for the adaption of the heat
[3693]2614                              !< ballance equation to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
[3525]2615    REAL(wp) ::  z2           !< Water vapour diffution through the skin
2616    REAL(wp) ::  z3           !< Sweat evaporation from the skin surface
2617    REAL(wp) ::  z4           !< Loss of latent heat through respiration
2618    REAL(wp) ::  z5           !< Loss of radiational heat
2619    REAL(wp) ::  z6           !< Heat loss through forced convection
2620    INTEGER(iwp) :: i         !< running index
[3569]2621!
[3525]2622!-- Clo must be > 0. to avoid div. by 0!
2623    clo = in_clo
[3742]2624    IF ( clo <= 0._wp )  clo = .001_wp
[3569]2625!
[3525]2626!-- f_cl = Increase in surface due to clothing
2627    f_cl = 1._wp + .15_wp * clo
[3569]2628!
[3525]2629!-- Case of free convection (ws < 0.1 m/s ) not considered
2630    ws = in_ws
[3742]2631    IF ( ws < .1_wp )  THEN
[3525]2632       ws = .1_wp
2633    ENDIF
[3569]2634!
[3525]2635!-- Heat_convection = forced convection
[3753]2636    heat_convection = 12.1_wp * SQRT( ws * pair / 1013.25_wp )
[3569]2637!
[3525]2638!-- Activity = inner heat produktion per standardized surface
2639    activity = actlev * ( 1._wp - eta )
[3569]2640!
[3525]2641!-- T_skin_aver = average skin temperature
2642    t_skin_aver = 35.7_wp - .0275_wp * activity
[3569]2643!
[3525]2644!-- Calculation of constants for evaluation below
2645    bc = .155_wp * clo * 3.96_wp * 10._wp**( -8 ) * f_cl
2646    cc = f_cl * heat_convection
2647    ec = .155_wp * clo
2648    dc = ( 1._wp + ec * cc ) / bc
2649    gc = ( t_skin_aver + bc * ( tmrt + degc_to_k )**4 + ec * cc * ta ) / bc
[3569]2650!
[3525]2651!-- Calculation of clothing surface temperature (t_clothing) based on
[3693]2652!-- Newton-approximation with air temperature as initial guess
[3525]2653    t_clothing = ta
[3742]2654    DO  i = 1, 3
[3525]2655       t_clothing = t_clothing - ( ( t_clothing + degc_to_k )**4 + t_clothing  &
2656          * dc - gc ) / ( 4._wp * ( t_clothing + degc_to_k )**3 + dc )
2657    ENDDO
[3569]2658!
[3525]2659!-- Empiric factor for the adaption of the heat ballance equation
[3693]2660!-- to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
[3753]2661    z1 = ( .303_wp * EXP( -.036_wp * actlev ) + .0275_wp )
[3569]2662!
[3525]2663!-- Water vapour diffution through the skin
2664    z2 = .31_wp * ( 57.3_wp - .07_wp * activity-pa )
[3569]2665!
[3525]2666!-- Sweat evaporation from the skin surface
2667    z3 = .42_wp * ( activity - 58._wp )
[3569]2668!
[3525]2669!-- Loss of latent heat through respiration
2670    z4 = .0017_wp * actlev * ( 58.7_wp - pa ) + .0014_wp * actlev *            &
2671      ( 34._wp - ta )
[3569]2672!
[3525]2673!-- Loss of radiational heat
2674    z5 = 3.96e-8_wp * f_cl * ( ( t_clothing + degc_to_k )**4 - ( tmrt +        &
2675       degc_to_k )**4 )
[3753]2676    IF ( ABS( t_clothing - tmrt ) > 0._wp )  THEN
[3525]2677       hr = z5 / f_cl / ( t_clothing - tmrt )
2678    ELSE
2679       hr = 0._wp
2680    ENDIF
[3569]2681!
[3525]2682!-- Heat loss through forced convection cc*(t_clothing-TT)
2683    z6 = cc * ( t_clothing - ta )
[3569]2684!
[3525]2685!-- Predicted Mean Vote
2686    pmva = z1 * ( activity - z2 - z3 - z4 - z5 - z6 )
2687
2688 END SUBROUTINE fanger
2689
2690!------------------------------------------------------------------------------!
2691! Description:
2692! ------------
2693!> For pmva > 0 and clo =0.5 the increment (deltapmv) is calculated
2694!> that converts pmva into Gagge's et al. (1986) PMV*.
2695!------------------------------------------------------------------------------!
2696 REAL(wp) FUNCTION deltapmv( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
2697
2698    IMPLICIT NONE
[3693]2699
[3569]2700!
[3525]2701!-- Input variables of argument list:
2702    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: pmva     !< Actual Predicted Mean Vote (PMV) according to Fanger
2703    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: ta       !< Ambient temperature (degC) at screen level
2704    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: vp       !< Water vapour pressure (hPa) at screen level
2705    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: svp_ta   !< Saturation water vapour pressure (hPa) at ta
2706    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: tmrt     !< Mean radiant temperature (degC) at screen level
2707    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: ws       !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
[3693]2708
[3569]2709!
[3525]2710!-- Output variables of argument list:
2711    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) :: nerr     !< Error status / quality flag
[3693]2712                                             !<  0 = o.k.
2713                                             !< -2 = pmva outside valid regression range
2714                                             !< -3 = rel. humidity set to 5 % or 95 %, respectively
2715                                             !< -4 = deltapmv set to avoid pmvs < 0
2716
[3569]2717!
[3693]2718!-- Internal variables:
2719    REAL(wp) ::  pmv          !< temp storage og predicted mean vote
2720    REAL(wp) ::  pa_p50       !< ratio actual water vapour pressure to that of relative humidity of 50 %
2721    REAL(wp) ::  pa           !< vapor pressure (hPa) with hard bounds
2722    REAL(wp) ::  apa          !< natural logarithm of pa (with hard lower border)
2723    REAL(wp) ::  dapa         !< difference of apa and pa_p50
2724    REAL(wp) ::  sqvel        !< square root of local wind velocity
2725    REAL(wp) ::  dtmrt        !< difference mean radiation to air temperature
2726    REAL(wp) ::  p10          !< lower bound for pa
2727    REAL(wp) ::  p95          !< upper bound for pa
2728    REAL(wp) ::  weight       !<
2729    REAL(wp) ::  weight2      !<
[3525]2730    REAL(wp) ::  dpmv_1       !<
2731    REAL(wp) ::  dpmv_2       !<
2732    REAL(wp) ::  pmvs         !<
2733    INTEGER(iwp) :: nreg      !<
2734
[3569]2735!
[3753]2736!-- Regression coefficients:
2737    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpmv = (/                          &
2738     -0.0556602_wp, -0.1528680_wp, -0.2336104_wp, -0.2789387_wp,               &
2739     -0.3551048_wp, -0.4304076_wp, -0.4884961_wp, -0.4897495_wp /)
2740
2741    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpa_p50 = (/                       &
2742     -0.1607154_wp, -0.4177296_wp, -0.4120541_wp, -0.0886564_wp,               &
2743      0.4285938_wp,  0.6281256_wp,  0.5067361_wp,  0.3965169_wp /)
2744
2745    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpa = (/                           &
2746      0.0580284_wp,  0.0836264_wp,  0.1009919_wp,  0.1020777_wp,               &
2747      0.0898681_wp,  0.0839116_wp,  0.0853258_wp,  0.0866589_wp /)
2748
2749    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bapa = (/                          &
2750     -1.7838788_wp, -2.9306231_wp, -1.6350334_wp,   0.6211547_wp,              &
2751      3.3918083_wp,  5.5521025_wp,  8.4897418_wp,  16.6265851_wp /)
2752
2753    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bdapa = (/                         &
2754      1.6752720_wp,  2.7379504_wp,  1.2940526_wp,  -1.0985759_wp,              &
2755     -3.9054732_wp, -6.0403012_wp, -8.9437119_wp, -17.0671201_wp /)
2756
2757    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bsqvel = (/                        &
2758     -0.0315598_wp, -0.0286272_wp, -0.0009228_wp,  0.0483344_wp,               &
2759      0.0992366_wp,  0.1491379_wp,  0.1951452_wp,  0.2133949_wp /)
2760
2761    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bta = (/                           &
2762      0.0953986_wp,  0.1524760_wp,  0.0564241_wp, -0.0893253_wp,               &
2763     -0.2398868_wp, -0.3515237_wp, -0.5095144_wp, -0.9469258_wp /)
2764
2765    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bdtmrt = (/                        &
2766     -0.0004672_wp, -0.0000514_wp, -0.0018037_wp, -0.0049440_wp,               &
2767     -0.0069036_wp, -0.0075844_wp, -0.0079602_wp, -0.0089439_wp /)
2768
2769    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  aconst = (/                        &
2770      1.8686215_wp,  3.4260713_wp,   2.0116185_wp,  -0.7777552_wp,             &
2771     -4.6715853_wp, -7.7314281_wp, -11.7602578_wp, -23.5934198_wp /)
2772
2773
2774!
[3525]2775!-- Test for compliance with regression range
[3742]2776    IF ( pmva < -1.0_wp  .OR.  pmva > 7.0_wp )  THEN
[3525]2777       nerr = -2_iwp
2778    ELSE
2779       nerr = 0_iwp
2780    ENDIF
[3569]2781!
[3525]2782!-- Initialise classic PMV
2783    pmv  = pmva
[3569]2784!
[3525]2785!-- Water vapour pressure of air
2786    p10  = 0.05_wp * svp_ta
2787    p95  = 1.00_wp * svp_ta
[3742]2788    IF ( vp >= p10  .AND.  vp <= p95 )  THEN
[3525]2789       pa = vp
2790    ELSE
2791       nerr = -3_iwp
[3742]2792       IF ( vp < p10 )  THEN
[3569]2793!
[3525]2794!--       Due to conditions of regression: r.H. >= 5 %
2795          pa = p10
2796       ELSE
[3569]2797!
[3525]2798!--       Due to conditions of regression: r.H. <= 95 %
2799          pa = p95
2800       ENDIF
2801    ENDIF
[3742]2802    IF ( pa > 0._wp )  THEN
[3569]2803!
[3525]2804!--    Natural logarithm of pa
[3753]2805       apa = LOG( pa )
[3525]2806    ELSE
2807       apa = -5._wp
2808    ENDIF
[3569]2809!
[3525]2810!-- Ratio actual water vapour pressure to that of a r.H. of 50 %
2811    pa_p50   = 0.5_wp * svp_ta
[3742]2812    IF ( pa_p50 > 0._wp  .AND.  pa > 0._wp )  THEN
[3753]2813       dapa   = apa - LOG( pa_p50 )
[3525]2814       pa_p50 = pa / pa_p50
2815    ELSE
2816       dapa   = -5._wp
2817       pa_p50 = 0._wp
2818    ENDIF
[3569]2819!
[3525]2820!-- Square root of wind velocity
[3742]2821    IF ( ws >= 0._wp )  THEN
[3753]2822       sqvel = SQRT( ws )
[3525]2823    ELSE
2824       sqvel = 0._wp
2825    ENDIF
[3569]2826!
[3525]2827!-- Difference mean radiation to air temperature
2828    dtmrt = tmrt - ta
[3569]2829!
[3525]2830!-- Select the valid regression coefficients
[3753]2831    nreg = INT( pmv )
[3742]2832    IF ( nreg < 0_iwp )  THEN
[3569]2833!
[3525]2834!--    value of the FUNCTION in the case pmv <= -1
2835       deltapmv = 0._wp
2836       RETURN
2837    ENDIF
[3693]2838    weight = MOD ( pmv, 1._wp )
[3742]2839    IF ( weight < 0._wp )  weight = 0._wp
2840    IF ( nreg > 5_iwp )  THEN
[3525]2841       nreg  = 5_iwp
[3693]2842       weight   = pmv - 5._wp
2843       weight2  = pmv - 6._wp
[3742]2844       IF ( weight2 > 0_iwp )  THEN
[3693]2845          weight = ( weight - weight2 ) / weight
[3525]2846       ENDIF
2847    ENDIF
[3569]2848!
[3753]2849!-- Regression valid for 0. <= pmv <= 6., bounds are checked above
[3525]2850    dpmv_1 =                                                                   &
[3742]2851       + bpa(nreg) * pa                                                        &
2852       + bpmv(nreg) * pmv                                                      &
2853       + bapa(nreg) * apa                                                      &
2854       + bta(nreg) * ta                                                        &
2855       + bdtmrt(nreg) * dtmrt                                                  &
2856       + bdapa(nreg) * dapa                                                    &
2857       + bsqvel(nreg) * sqvel                                                  &
2858       + bpa_p50(nreg) * pa_p50                                                &
2859       + aconst(nreg)
[3525]2860
[3753]2861!    dpmv_2 = 0._wp
2862!    IF ( nreg < 6_iwp )  THEN  !< nreg is always <= 5, see above
2863    dpmv_2 =                                                                   &
2864       + bpa(nreg+1_iwp)     * pa                                              &
2865       + bpmv(nreg+1_iwp)    * pmv                                             &
2866       + bapa(nreg+1_iwp)    * apa                                             &
2867       + bta(nreg+1_iwp)     * ta                                              &
2868       + bdtmrt(nreg+1_iwp)  * dtmrt                                           &
2869       + bdapa(nreg+1_iwp)   * dapa                                            &
2870       + bsqvel(nreg+1_iwp)  * sqvel                                           &
2871       + bpa_p50(nreg+1_iwp) * pa_p50                                          &
2872       + aconst(nreg+1_iwp)
2873!    ENDIF
[3569]2874!
[3525]2875!-- Calculate pmv modification
[3693]2876    deltapmv = ( 1._wp - weight ) * dpmv_1 + weight * dpmv_2
[3525]2877    pmvs = pmva + deltapmv
[3742]2878    IF ( ( pmvs ) < 0._wp )  THEN
[3569]2879!
[3525]2880!--    Prevent negative pmv* due to problems with clothing insulation
2881       nerr = -4_iwp
[3742]2882       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
[3569]2883!
[3753]2884!--       Threshold from perct_regression for winter clothing insulation
[3525]2885          deltapmv = deltapmv + 0.11_wp
2886       ELSE
[3569]2887!
[3525]2888!--       Set pmvs to "0" for compliance with summer clothing insulation
2889          deltapmv = -1._wp * pmva
2890       ENDIF
2891    ENDIF
2892
2893 END FUNCTION deltapmv
2894
2895!------------------------------------------------------------------------------!
2896! Description:
2897! ------------
2898!> The subroutine "calc_sultr" returns a threshold value to perceived
2899!> temperature allowing to decide whether the actual perceived temperature
2900!> is linked to perecption of sultriness. The threshold values depends
2901!> on the Fanger's classical PMV, expressed here as perceived temperature
2902!> perct.
2903!------------------------------------------------------------------------------!
[3569]2904 SUBROUTINE calc_sultr( perct_ij, dperctm, dperctstd, sultr_res )
[3525]2905
2906    IMPLICIT NONE
[3569]2907!
[3525]2908!-- Input of the argument list:
[3569]2909    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  perct_ij      !< Classical perceived temperature: Base is Fanger's PMV
2910!
[3525]2911!-- Additional output variables of argument list:
2912    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  dperctm    !< Mean deviation perct (classical gt) to gt* (rational gt
[3693]2913                                            !< calculated based on Gagge's rational PMV*)
[3525]2914    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  dperctstd  !< dperctm plus its standard deviation times a factor
[3693]2915                                            !< determining the significance to perceive sultriness
[3525]2916    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  sultr_res
[3569]2917!
[3525]2918!-- Types of coefficients mean deviation: third order polynomial
[3753]2919    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctka =  7.5776086_wp
[3525]2920    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkb = -0.740603_wp
[3753]2921    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkc =  0.0213324_wp
[3525]2922    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkd = -0.00027797237_wp
[3569]2923!
[3525]2924!-- Types of coefficients mean deviation plus standard deviation
[3693]2925!-- regression coefficients: third order polynomial
[3753]2926    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsa =  0.0268918_wp
2927    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsb =  0.0465957_wp
[3525]2928    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsc = -0.00054709752_wp
[3753]2929    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsd =  0.0000063714823_wp
[3569]2930!
[3525]2931!-- Factor to mean standard deviation defining SIGNificance for
[3693]2932!-- sultriness
[3525]2933    REAL(wp), PARAMETER :: faktor = 1._wp
[3569]2934!
[3525]2935!-- Initialise
[3753]2936    sultr_res = 99._wp
[3525]2937    dperctm   = 0._wp
2938    dperctstd = 999999._wp
2939
[3742]2940    IF ( perct_ij < 16.826_wp  .OR.  perct_ij > 56._wp )  THEN
[3569]2941!
2942!--    Unallowed value of classical perct!
[3525]2943       RETURN
2944    ENDIF
[3569]2945!
[3525]2946!-- Mean deviation dependent on perct
[3569]2947    dperctm = dperctka + dperctkb