source: palm/trunk/SOURCE/biometeorology_mod.f90 @ 3753

Last change on this file since 3753 was 3753, checked in by dom_dwd_user, 2 years ago

biometeorology_mod.f90:
(C) Added automatic setting of mrt_nlevels in case it was not part of radiation_parameters namelist (or set to 0 accidentially).
(C) Minor speed improvoemnts in perceived temperature calculations.
(C) Perceived temperature regression arrays now declared as PARAMETERs.

  • 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: 180.4 KB
Line 
1!> @file biometeorology_mod.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
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!
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
20!--------------------------------------------------------------------------------!
21!
22! Current revisions:
23! ------------------
24!
25!
26! Former revisions:
27! -----------------
28! $Id: biometeorology_mod.f90 3753 2019-02-19 14:48:54Z dom_dwd_user $
29! - Added automatic setting of mrt_nlevels in case it was not part of
30! radiation_parameters namelist (or set to 0 accidentially).
31! - Minor speed improvoemnts in perceived temperature calculations.
32! - Perceived temperature regression arrays now declared as PARAMETERs.
33!
34! 3750 2019-02-19 07:29:39Z dom_dwd_user
35! - Added addittional safety meassures to bio_calculate_thermal_index_maps.
36! - Replaced several REAL (un-)equality comparisons.
37!
38! 3742 2019-02-14 11:25:22Z dom_dwd_user
39! - Allocation of the input _av grids was moved to the "sum" section of
40! bio_3d_data_averaging to make sure averaging is only done once!
41! - Moved call of bio_calculate_thermal_index_maps from biometeorology module to
42! time_integration to make sure averaged input is updated before calculating.
43!
44! 3740 2019-02-13 12:35:12Z dom_dwd_user
45! - Added safety-meassure to catch the case that 'bio_mrt_av' is stated after
46! 'bio_<index>' in the output section of the p3d file.
47!
48! 3739 2019-02-13 08:05:17Z dom_dwd_user
49! - Auto-adjusting thermal_comfort flag if not set by user, but thermal_indices
50! set as output quantities.
51! - Renamed flags "bio_<index>" to "do_calculate_<index>" for better readability
52! - Removed everything related to "time_bio_results" as this is never used.
53! - Moved humidity warning to check_data_output
54! - Fixed bug in mrt calculation introduced with my commit yesterday.
55!
56! 3735 2019-02-12 09:52:40Z dom_dwd_user
57! - Fixed auto-setting of thermal index calculation flags by output
58!  as originally proposed by resler.
59! - removed bio_pet and outher configuration variables.
60! - Updated namelist.
61!
62! 3711 2019-01-31 13:44:26Z knoop
63! Introduced interface routine bio_init_checks + small error message changes
64!
65! 3693 2019-01-23 15:20:53Z dom_dwd_user
66! Added usage of time_averaged mean radiant temperature, together with calculation,
67! grid and restart routines. General cleanup and commenting.
68!
69! 3685 2019-01-21 01:02:11Z knoop
70! Some interface calls moved to module_interface + cleanup
71!
72! 3650 2019-01-04 13:01:33Z kanani
73! Bugfixes and additions for enabling restarts with biometeorology
74!
75! 3646 2018-12-28 17:58:49Z kanani
76! Remove check for simulated_time > 0, it is not required since biometeorology
77! is only called from time_integration and not during time_integration_spinup
78!
79! 3614 2018-12-10 07:05:46Z raasch
80! unused variables removed
81!
82! 3593 2018-12-03 13:51:13Z kanani
83! Bugfix: additional tmrt_grid allocation in case bio_mrt not selected as ouput,
84! replace degree symbol by degree_C
85!
86! 3582 2018-11-29 19:16:36Z suehring
87! Consistently use bio_fill_value everywhere,
88! move allocation and initialization of output variables to bio_check_data_output
89! and bio_3d_data_averaging,
90! dom_dwd_user, Schrempf:
91! - integration of UVEM module part from r3474 (edited)
92! - split UTCI regression into 6 parts
93! - all data_output_3d is now explicity casted to sp
94!
95! 3525 2018-11-14 16:06:14Z kanani
96! Clean up, renaming from "biom" to "bio", summary of thermal index calculation
97! into one module (dom_dwd_user)
98!
99! 3479 2018-11-01 16:00:30Z gronemeier
100! - reworked check for output quantities
101! - assign new palm-error numbers
102! - set unit according to data standard.
103!
104! 3475 2018-10-30 21:16:31Z kanani
105! Add option for using MRT from RTM instead of simplified global value
106!
107! 3464 2018-10-30 18:08:55Z kanani
108! From branch resler@3462, pavelkrc:
109! make use of basic_constants_and_equations_mod
110!
111! 3448 2018-10-29 18:14:31Z kanani
112! Initial revision
113!
114!
115!
116! Authors:
117! --------
118! @author Dominik Froehlich <dominik.froehlich@dwd.de>, thermal indices
119! @author Jaroslav Resler <resler@cs.cas.cz>, mean radiant temperature
120! @author Michael Schrempf <schrempf@muk.uni-hannover.de>, uv exposure
121!
122!
123! Description:
124! ------------
125!> Biometeorology module consisting of two parts:
126!> 1.: Human thermal comfort module calculating thermal perception of a sample
127!> human being under the current meteorological conditions.
128!> 2.: Calculation of vitamin-D weighted UV exposure
129!>
130!> @todo Alphabetical sorting of "USE ..." lists, "ONLY" list, variable declarations
131!>       (per subroutine: first all CHARACTERs, then INTEGERs, LOGICALs, REALs, )
132!> @todo Comments start with capital letter --> "!-- Include..."
133!> @todo uv_vitd3dose-->new output type necessary (cumulative)
134!> @todo consider upwelling radiation in UV
135!>
136!> @note nothing now
137!>
138!> @bug  no known bugs by now
139!------------------------------------------------------------------------------!
140 MODULE biometeorology_mod
141
142    USE arrays_3d,                                                             &
143        ONLY:  pt, p, u, v, w, q
144
145    USE averaging,                                                             &
146        ONLY:  pt_av, q_av, u_av, v_av, w_av
147
148    USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
149        ONLY:  c_p, degc_to_k, l_v, magnus, sigma_sb, pi
150
151    USE control_parameters,                                                    &
152        ONLY:  average_count_3d, biometeorology, dz, dz_stretch_factor,        &
153               dz_stretch_level, humidity, initializing_actions, nz_do3d,      &
154               surface_pressure
155
156    USE date_and_time_mod,                                                     &
157        ONLY:  calc_date_and_time, day_of_year, time_utc
158
159    USE grid_variables,                                                        &
160        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
161
162    USE indices,                                                               &
163        ONLY:  nxl, nxr, nys, nyn, nzb, nzt, nys, nyn, nxl, nxr, nxlg, nxrg,   &
164               nysg, nyng
165
166    USE kinds  !< Set precision of INTEGER and REAL arrays according to PALM
167
168    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
169        ONLY:  netcdf_data_input_uvem, uvem_projarea_f, uvem_radiance_f,       &
170               uvem_irradiance_f, uvem_integration_f, building_obstruction_f
171!
172!-- Import radiation model to obtain input for mean radiant temperature
173    USE radiation_model_mod,                                                   &
174        ONLY:  ix, iy, iz, id, mrt_nlevels, mrt_include_sw,                    &
175               mrtinsw, mrtinlw, mrtbl, nmrtbl, radiation,                     &
176               radiation_interactions, rad_sw_in,                              &
177               rad_sw_out, rad_lw_in, rad_lw_out
178
179    USE surface_mod,                                                           &
180        ONLY:  get_topography_top_index_ji
181
182    IMPLICIT NONE
183
184    PRIVATE
185
186!
187!-- Declare all global variables within the module (alphabetical order)
188    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  tmrt_grid  !< tmrt results (degree_C)
189    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  perct      !< PT results   (degree_C)
190    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  utci       !< UTCI results (degree_C)
191    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  pet        !< PET results  (degree_C)
192!
193!-- Grids for averaged thermal indices
194    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  mrt_av_grid   !< time average mean
195    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  tmrt_av_grid  !< tmrt results (degree_C)
196    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  perct_av      !< PT results (aver. input)   (degree_C)
197    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  utci_av       !< UTCI results (aver. input) (degree_C)
198    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  pet_av        !< PET results (aver. input)  (degree_C)
199
200
201    INTEGER( iwp ) ::  bio_cell_level     !< cell level biom calculates for
202    REAL ( wp )    ::  bio_output_height  !< height output is calculated in m
203    REAL ( wp ), PARAMETER ::  human_absorb = 0.7_wp  !< SW absorbtivity of a human body (Fanger 1972)
204    REAL ( wp ), PARAMETER ::  human_emiss = 0.97_wp  !< LW emissivity of a human body after (Fanger 1972)
205    REAL ( wp ), PARAMETER ::  bio_fill_value = -9999._wp  !< set module fill value, replace by global fill value as soon as available
206!
207!--
208    LOGICAL ::  thermal_comfort  = .FALSE.  !< Enables or disables the entire thermal comfort part
209    LOGICAL ::  do_average_theta = .FALSE.  !< switch: do theta averaging in this module? (if .FALSE. this is done globally)
210    LOGICAL ::  do_average_q     = .FALSE.  !< switch: do e averaging in this module?
211    LOGICAL ::  do_average_u     = .FALSE.  !< switch: do u averaging in this module?
212    LOGICAL ::  do_average_v     = .FALSE.  !< switch: do v averaging in this module?
213    LOGICAL ::  do_average_w     = .FALSE.  !< switch: do w averaging in this module?
214    LOGICAL ::  do_average_mrt   = .FALSE.  !< switch: do mrt averaging in this module?
215    LOGICAL ::  average_trigger_perct  = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_perct?
216    LOGICAL ::  average_trigger_utci   = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_utci?
217    LOGICAL ::  average_trigger_pet    = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_pet?
218    LOGICAL ::  do_calculate_perct     = .FALSE.  !< Turn index PT (instant. input) on or off
219    LOGICAL ::  do_calculate_perct_av  = .FALSE.  !< Turn index PT (averaged input) on or off
220    LOGICAL ::  do_calculate_pet       = .FALSE.  !< Turn index PET (instant. input) on or off
221    LOGICAL ::  do_calculate_pet_av    = .FALSE.  !< Turn index PET (averaged input) on or off
222    LOGICAL ::  do_calculate_utci      = .FALSE.  !< Turn index UTCI (instant. input) on or off
223    LOGICAL ::  do_calculate_utci_av   = .FALSE.  !< Turn index UTCI (averaged input) on or off
224
225!
226!-- UVEM parameters from here
227!
228!-- Declare all global variables within the module (alphabetical order)
229    INTEGER(iwp) ::  bio_nmrtbl
230    INTEGER(iwp) ::  ai                      = 0  !< loop index in azimuth direction
231    INTEGER(iwp) ::  bi                      = 0  !< loop index of bit location within an 8bit-integer (one Byte)
232    INTEGER(iwp) ::  clothing                = 1  !< clothing (0=unclothed, 1=Arms,Hands,Face free, 3=Hand,Face free)
233    INTEGER(iwp) ::  iq                      = 0  !< loop index of irradiance quantity
234    INTEGER(iwp) ::  pobi                    = 0  !< loop index of the position of corresponding byte within ibset byte vektor
235    INTEGER(iwp) ::  obstruction_direct_beam = 0  !< Obstruction information for direct beam   
236    INTEGER(iwp) ::  zi                      = 0  !< loop index in zenith direction
237
238    INTEGER(KIND=1), DIMENSION(0:44)  ::  obstruction_temp1 = 0  !< temporary obstruction information stored with ibset
239    INTEGER(iwp),    DIMENSION(0:359) ::  obstruction_temp2 = 0  !< restored temporary obstruction information from ibset file
240
241    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  obstruction       = 1  !< final 2D obstruction information array
242
243    LOGICAL ::  consider_obstructions = .TRUE.   !< namelist parameter (see documentation)
244    LOGICAL ::  sun_in_south          = .FALSE.  !< namelist parameter (see documentation)
245    LOGICAL ::  turn_to_sun           = .TRUE.   !< namelist parameter (see documentation)
246    LOGICAL ::  uv_exposure           = .FALSE.  !< namelist parameter (see documentation)
247
248    REAL(wp) ::  diffuse_exposure            =   0.0_wp  !< calculated exposure by diffuse radiation
249    REAL(wp) ::  direct_exposure             =   0.0_wp  !< calculated exposure by direct solar beam   
250    REAL(wp) ::  orientation_angle           =   0.0_wp  !< orientation of front/face of the human model   
251    REAL(wp) ::  projection_area_direct_beam =   0.0_wp  !< projection area for direct solar beam
252    REAL(wp) ::  saa                         = 180.0_wp  !< solar azimuth angle
253    REAL(wp) ::  startpos_human              =   0.0_wp  !< start value for azimuth interpolation of human geometry array
254    REAL(wp) ::  startpos_saa_float          =   0.0_wp  !< start value for azimuth interpolation of radiance array
255    REAL(wp) ::  sza                         =  20.0_wp  !< solar zenith angle
256    REAL(wp) ::  xfactor                     =   0.0_wp  !< relative x-position used for interpolation
257    REAL(wp) ::  yfactor                     =   0.0_wp  !< relative y-position used for interpolation
258
259    REAL(wp), DIMENSION(0:2)  ::  irradiance =   0.0_wp  !< iradiance values extracted from irradiance lookup table 
260
261    REAL(wp), DIMENSION(0:2,0:90) ::  irradiance_lookup_table      = 0.0_wp  !< irradiance lookup table
262    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  integration_array            = 0.0_wp  !< solid angle factors for hemispherical integration
263    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  projection_area              = 0.0_wp  !< projection areas of a human (all directions)
264    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  projection_area_lookup_table = 0.0_wp  !< human geometry lookup table (projection areas)
265    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  projection_area_direct_temp  = 0.0_wp  !< temporary projection area for direct solar beam
266    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  projection_area_temp         = 0.0_wp  !< temporary projection area for all directions
267    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  radiance_array               = 0.0_wp  !< radiance extracted from radiance_lookup_table 
268    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  radiance_array_temp          = 0.0_wp  !< temporary radiance data
269
270    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  vitd3_exposure     !< result variable for instantaneous vitamin-D weighted exposures
271    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  vitd3_exposure_av  !< result variable for summation of vitamin-D weighted exposures
272
273    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9,0:90) ::  radiance_lookup_table   = 0.0_wp  !< radiance lookup table
274
275!
276!-- INTERFACES that must be available to other modules (alphabetical order)
277
278    PUBLIC bio_3d_data_averaging, bio_check_data_output,                       &
279    bio_calculate_mrt_grid, bio_calculate_thermal_index_maps, bio_calc_ipt,    &
280    bio_check_parameters, bio_data_output_3d, bio_data_output_2d,              &
281    bio_define_netcdf_grid, bio_get_thermal_index_input_ij, bio_header,        &
282    bio_init, bio_init_checks, bio_parin, thermal_comfort,                     &
283    bio_nmrtbl, bio_wrd_local, bio_rrd_local, bio_wrd_global, bio_rrd_global
284!
285!-- UVEM PUBLIC variables and methods
286    PUBLIC uvem_calc_exposure, uv_exposure
287
288!
289!-- PALM interfaces:
290!
291!-- 3D averaging for HTCM _INPUT_ variables
292    INTERFACE bio_3d_data_averaging
293       MODULE PROCEDURE bio_3d_data_averaging
294    END INTERFACE bio_3d_data_averaging
295!
296!-- Calculate mtr from rtm fluxes and assign into 2D grid
297    INTERFACE bio_calculate_mrt_grid
298       MODULE PROCEDURE bio_calculate_mrt_grid
299    END INTERFACE bio_calculate_mrt_grid
300!
301!-- Calculate static thermal indices PT, UTCI and/or PET
302    INTERFACE bio_calculate_thermal_index_maps
303       MODULE PROCEDURE bio_calculate_thermal_index_maps
304    END INTERFACE bio_calculate_thermal_index_maps
305!
306!-- Calculate the dynamic index iPT (to be caled by the agent model)
307    INTERFACE bio_calc_ipt
308       MODULE PROCEDURE bio_calc_ipt
309    END INTERFACE bio_calc_ipt
310!
311!-- Data output checks for 2D/3D data to be done in check_parameters
312    INTERFACE bio_check_data_output
313       MODULE PROCEDURE bio_check_data_output
314    END INTERFACE bio_check_data_output
315!
316!-- Input parameter checks to be done in check_parameters
317    INTERFACE bio_check_parameters
318       MODULE PROCEDURE bio_check_parameters
319    END INTERFACE bio_check_parameters
320!
321!-- Data output of 2D quantities
322    INTERFACE bio_data_output_2d
323       MODULE PROCEDURE bio_data_output_2d
324    END INTERFACE bio_data_output_2d
325!
326!-- no 3D data, thus, no averaging of 3D data, removed
327    INTERFACE bio_data_output_3d
328       MODULE PROCEDURE bio_data_output_3d
329    END INTERFACE bio_data_output_3d
330!
331!-- Definition of data output quantities
332    INTERFACE bio_define_netcdf_grid
333       MODULE PROCEDURE bio_define_netcdf_grid
334    END INTERFACE bio_define_netcdf_grid
335!
336!-- Obtains all relevant input values to estimate local thermal comfort/stress
337    INTERFACE bio_get_thermal_index_input_ij
338       MODULE PROCEDURE bio_get_thermal_index_input_ij
339    END INTERFACE bio_get_thermal_index_input_ij
340!
341!-- Output of information to the header file
342    INTERFACE bio_header
343       MODULE PROCEDURE bio_header
344    END INTERFACE bio_header
345!
346!-- Initialization actions
347    INTERFACE bio_init
348       MODULE PROCEDURE bio_init
349    END INTERFACE bio_init
350!
351!-- Initialization checks
352    INTERFACE bio_init_checks
353       MODULE PROCEDURE bio_init_checks
354    END INTERFACE bio_init_checks
355!
356!-- Reading of NAMELIST parameters
357    INTERFACE bio_parin
358       MODULE PROCEDURE bio_parin
359    END INTERFACE bio_parin
360!
361!-- Read global restart parameters
362    INTERFACE bio_rrd_global
363       MODULE PROCEDURE bio_rrd_global
364    END INTERFACE bio_rrd_global
365!
366!-- Read local restart parameters
367    INTERFACE bio_rrd_local
368       MODULE PROCEDURE bio_rrd_local
369    END INTERFACE bio_rrd_local
370!
371!-- Write global restart parameters
372    INTERFACE bio_wrd_global
373       MODULE PROCEDURE bio_wrd_global
374    END INTERFACE bio_wrd_global
375!
376!-- Write local restart parameters
377    INTERFACE bio_wrd_local
378       MODULE PROCEDURE bio_wrd_local
379    END INTERFACE bio_wrd_local
380!
381!-- Calculate UV exposure grid
382    INTERFACE uvem_calc_exposure
383       MODULE PROCEDURE uvem_calc_exposure
384    END INTERFACE uvem_calc_exposure
385
386 CONTAINS
387
388
389!------------------------------------------------------------------------------!
390! Description:
391! ------------
392!> Sum up and time-average biom input quantities as well as allocate
393!> the array necessary for storing the average.
394!> There is a considerable difference to the 3d_data_averaging subroutines
395!> used by other modules:
396!> For the thermal indices, the module needs to average the input conditions
397!> not the result!
398!------------------------------------------------------------------------------!
399 SUBROUTINE bio_3d_data_averaging( mode, variable )
400
401    IMPLICIT NONE
402
403    CHARACTER (LEN=*) ::  mode     !< averaging mode: allocate, sum, or average
404    CHARACTER (LEN=*) ::  variable !< The variable in question
405
406    INTEGER(iwp) ::  i        !< Running index, x-dir
407    INTEGER(iwp) ::  j        !< Running index, y-dir
408    INTEGER(iwp) ::  k        !< Running index, z-dir
409
410
411    IF ( mode == 'allocate' )  THEN
412
413       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
414
415          CASE ( 'bio_mrt' )
416
417                IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
418                   ALLOCATE( mrt_av_grid(nmrtbl) )
419                ENDIF
420                mrt_av_grid = 0.0_wp
421                do_average_mrt = .FALSE.  !< overwrite if that was enabled somehow
422
423
424          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*' )
425
426!
427!--          Averaging, as well as the allocation of the required grids must be
428!--          done only once, independent from for how many thermal indices
429!--          averaged output is desired.
430!--          Therefore wee need to memorize which index is the one that controls
431!--          the averaging (what must be the first thermal index called).
432!--          Indices are in unknown order as depending on the input file,
433!--          determine first index to average und update only once
434!
435!--          Only proceed here if this was not done for any index before. This
436!--          is done only once during the whole model run.
437             IF ( .NOT. average_trigger_perct  .AND.                           &
438                  .NOT. average_trigger_utci   .AND.                           &
439                  .NOT. average_trigger_pet )  THEN
440!
441!--             Memorize the first index called to control averaging
442                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_perct*' )  THEN
443                    average_trigger_perct = .TRUE.
444                ENDIF
445                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_utci*' )  THEN
446                    average_trigger_utci = .TRUE.
447                ENDIF
448                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_pet*' )  THEN
449                    average_trigger_pet = .TRUE.
450                ENDIF
451             ENDIF
452!
453!--          Allocation of the input _av grids was moved to the "sum" section to
454!--          make sure averaging is only done once!
455
456
457          CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
458             IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_exposure_av ) )  THEN
459                ALLOCATE( vitd3_exposure_av(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
460             ENDIF
461             vitd3_exposure_av = 0.0_wp
462
463          CASE DEFAULT
464             CONTINUE
465
466       END SELECT
467
468    ELSEIF ( mode == 'sum' )  THEN
469
470       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
471
472          CASE ( 'bio_mrt' )
473!
474!--          Consider the case 'bio_mrt' is called after some thermal index. In
475!--          that case do_average_mrt will be .TRUE. leading to a double-
476!--          averaging.
477             IF ( .NOT. do_average_mrt  .AND.  ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
478
479                IF ( mrt_include_sw )  THEN
480                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
481                      ( ( human_absorb * mrtinsw(:) +                          &
482                      mrtinlw(:) ) /                                           &
483                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
484                ELSE
485                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
486                      ( mrtinlw(:) /                                           &
487                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
488                ENDIF
489             ENDIF
490
491          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*' )
492!
493!--          Only continue if the current index is the one to trigger the input
494!--          averaging, see above
495             IF ( average_trigger_perct  .AND.  TRIM( variable ) /=            &
496                'bio_perct*')  RETURN
497             IF ( average_trigger_utci   .AND.  TRIM( variable ) /=            &
498                'bio_utci*')   RETURN
499             IF ( average_trigger_pet    .AND.  TRIM( variable ) /=            &
500                'bio_pet*')    RETURN
501!
502!--          Now memorize which of the input grids are not averaged by other
503!--          modules. Set averaging switch to .TRUE. and allocate the respective
504!--          grid in that case.
505             IF ( .NOT. ALLOCATED( pt_av ) )  THEN  !< if not averaged by other module
506                ALLOCATE( pt_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
507                do_average_theta = .TRUE.  !< memorize, that bio is responsible
508                pt_av = 0.0_wp
509             ENDIF
510             IF ( ALLOCATED( pt_av )  .AND.  do_average_theta )  THEN
511                DO  i = nxl, nxr
512                   DO  j = nys, nyn
513                      DO  k = nzb, nzt+1
514                         pt_av(k,j,i) = pt_av(k,j,i) + pt(k,j,i)
515                      ENDDO
516                   ENDDO
517                ENDDO
518             ENDIF
519
520             IF ( .NOT. ALLOCATED( q_av ) )  THEN
521                ALLOCATE( q_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
522                do_average_q = .TRUE.
523                q_av = 0.0_wp
524             ENDIF
525             IF ( ALLOCATED( q_av )  .AND.  do_average_q )  THEN
526                DO  i = nxl, nxr
527                   DO  j = nys, nyn
528                      DO  k = nzb, nzt+1
529                         q_av(k,j,i) = q_av(k,j,i) + q(k,j,i)
530                      ENDDO
531                   ENDDO
532                ENDDO
533             ENDIF
534
535!
536!-- u_av, v_av and w_av are always allocated
537             IF ( .NOT. ALLOCATED( u_av ) )  THEN
538                ALLOCATE( u_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
539                do_average_u = .TRUE.
540                u_av = 0.0_wp
541             ENDIF
542             IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  do_average_u )  THEN
543                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
544                   DO  j = nysg, nyng
545                      DO  k = nzb, nzt+1
546                         u_av(k,j,i) = u_av(k,j,i) + u(k,j,i)
547                      ENDDO
548                   ENDDO
549                ENDDO
550             ENDIF
551
552             IF ( .NOT. ALLOCATED( v_av ) )  THEN
553                ALLOCATE( v_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
554                do_average_v = .TRUE.
555                v_av = 0.0_wp
556             ENDIF
557             IF ( ALLOCATED( v_av )  .AND.  do_average_v )  THEN
558                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
559                   DO  j = nysg, nyng
560                      DO  k = nzb, nzt+1
561                         v_av(k,j,i) = v_av(k,j,i) + v(k,j,i)
562                      ENDDO
563                   ENDDO
564                ENDDO
565             ENDIF
566
567             IF ( .NOT. ALLOCATED( w_av ) )  THEN
568                ALLOCATE( w_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
569                do_average_w = .TRUE.
570                w_av = 0.0_wp
571             ENDIF
572             IF ( ALLOCATED( w_av )  .AND.  do_average_w )  THEN
573                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
574                   DO  j = nysg, nyng
575                      DO  k = nzb, nzt+1
576                         w_av(k,j,i) = w_av(k,j,i) + w(k,j,i)
577                      ENDDO
578                   ENDDO
579                ENDDO
580             ENDIF
581
582             IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
583                ALLOCATE( mrt_av_grid(nmrtbl) )
584                do_average_mrt = .TRUE.
585                mrt_av_grid = 0.0_wp
586             ENDIF
587             IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid )  .AND.  do_average_mrt )  THEN
588
589                IF ( mrt_include_sw )  THEN
590                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
591                      ( ( human_absorb * mrtinsw(:) +                          &
592                      mrtinlw(:) ) /                                           &
593                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
594                ELSE
595                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
596                      ( mrtinlw(:) /                                           &
597                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
598                ENDIF
599             ENDIF
600!
601!--       This is a cumulated dose. No mode == 'average' for this quantity.
602          CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
603             IF ( ALLOCATED( vitd3_exposure_av ) )  THEN
604                DO  i = nxlg, nxrg
605                   DO  j = nysg, nyng
606                      vitd3_exposure_av(j,i) = vitd3_exposure_av(j,i) + vitd3_exposure(j,i)
607                   ENDDO
608                ENDDO
609             ENDIF
610
611          CASE DEFAULT
612             CONTINUE
613
614       END SELECT
615
616    ELSEIF ( mode == 'average' )  THEN
617
618       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
619
620          CASE ( 'bio_mrt' )
621!
622!--          Consider the case 'bio_mrt' is called after some thermal index. In
623!--          that case do_average_mrt will be .TRUE. leading to a double-
624!--          averaging.
625             IF ( .NOT. do_average_mrt  .AND.  ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
626                mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) / REAL( average_count_3d, KIND=wp )
627             ENDIF
628
629          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*' )
630!
631!--          Only continue if update index, see above
632             IF ( average_trigger_perct  .AND.                                 &
633                TRIM( variable ) /= 'bio_perct*' )  RETURN
634             IF ( average_trigger_utci  .AND.                                  &
635                TRIM( variable ) /= 'bio_utci*' )  RETURN
636             IF ( average_trigger_pet   .AND.                                  &
637                TRIM( variable ) /= 'bio_pet*' )  RETURN
638
639             IF ( ALLOCATED( pt_av )  .AND.  do_average_theta )  THEN
640                DO  i = nxl, nxr
641                   DO  j = nys, nyn
642                      DO  k = nzb, nzt+1
643                         pt_av(k,j,i) = pt_av(k,j,i) /                         &
644                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
645                      ENDDO
646                   ENDDO
647                ENDDO
648             ENDIF
649
650             IF ( ALLOCATED( q_av )  .AND.  do_average_q )  THEN
651                DO  i = nxl, nxr
652                   DO  j = nys, nyn
653                      DO  k = nzb, nzt+1
654                         q_av(k,j,i) = q_av(k,j,i) /                           &
655                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
656                      ENDDO
657                   ENDDO
658                ENDDO
659             ENDIF
660
661             IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  do_average_u )  THEN
662                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
663                   DO  j = nysg, nyng
664                      DO  k = nzb, nzt+1
665                         u_av(k,j,i) = u_av(k,j,i) /                           &
666                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
667                      ENDDO
668                   ENDDO
669                ENDDO
670             ENDIF
671
672             IF ( ALLOCATED( v_av )  .AND.  do_average_v )  THEN
673                DO  i = nxlg, nxrg
674                   DO  j = nysg, nyng
675                      DO  k = nzb, nzt+1
676                         v_av(k,j,i) = v_av(k,j,i) /                           &
677                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
678                      ENDDO
679                   ENDDO
680                ENDDO
681             ENDIF
682
683             IF ( ALLOCATED( w_av )  .AND.  do_average_w )  THEN
684                DO  i = nxlg, nxrg
685                   DO  j = nysg, nyng
686                      DO  k = nzb, nzt+1
687                         w_av(k,j,i) = w_av(k,j,i) /                           &
688                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
689                      ENDDO
690                   ENDDO
691                ENDDO
692             ENDIF
693
694             IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid )  .AND.  do_average_mrt )  THEN
695                mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) / REAL( average_count_3d,      &
696                KIND=wp )
697             ENDIF
698
699!
700!--     No averaging for UVEM since we are calculating a dose (only sum is
701!--     calculated and saved to av.nc file)
702
703        END SELECT
704
705    ENDIF
706
707
708 END SUBROUTINE bio_3d_data_averaging
709
710
711
712!------------------------------------------------------------------------------!
713! Description:
714! ------------
715!> Check data output for biometeorology model
716!------------------------------------------------------------------------------!
717 SUBROUTINE bio_check_data_output( var, unit, i, j, ilen, k )
718
719    USE control_parameters,                                                    &
720        ONLY: data_output, message_string
721
722    IMPLICIT NONE
723
724    CHARACTER (LEN=*) ::  unit     !< The unit for the variable var
725    CHARACTER (LEN=*) ::  var      !< The variable in question
726
727    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  i     !< Current element of data_output
728    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  j     !< Average quantity? 0 = no, 1 = yes
729    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  ilen  !< Length of current entry in data_output
730    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  k     !< Output is xy mode? 0 = no, 1 = yes
731
732    SELECT CASE ( TRIM( var ) )
733!
734!--    Allocate a temporary array with the desired output dimensions.
735!--    Arrays for time-averaged thermal indices are also allocated here because
736!--    they are not running through the standard averaging procedure in
737!--    bio_3d_data_averaging as the values of the averaged thermal indices are
738!--    derived in a single step based on priorly averaged arrays (see
739!--    bio_calculate_thermal_index_maps).
740       CASE ( 'bio_mrt' )
741          unit = 'degree_C'
742          thermal_comfort = .TRUE.  !< enable thermal_comfort if user forgot to do so
743          IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_grid ) )  THEN
744             ALLOCATE( tmrt_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
745             tmrt_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
746          ENDIF
747
748       CASE ( 'bio_perct*' )
749          unit = 'degree_C'
750          thermal_comfort = .TRUE.
751          IF ( j == 0 )  THEN                !< if instantaneous input
752             do_calculate_perct = .TRUE.
753             IF ( .NOT. ALLOCATED( perct ) )  THEN
754                ALLOCATE( perct (nys:nyn,nxl:nxr) )
755                perct = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
756             ENDIF
757          ELSE                              !< if averaged input
758             do_calculate_perct_av = .TRUE.
759             IF ( .NOT. ALLOCATED( perct_av ) )  THEN
760                ALLOCATE( perct_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
761                perct_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
762             ENDIF
763          ENDIF
764
765       CASE ( 'bio_utci*' )
766          unit = 'degree_C'
767          thermal_comfort = .TRUE.
768          IF ( j == 0 )  THEN
769             do_calculate_utci = .TRUE.
770             IF ( .NOT. ALLOCATED( utci ) )  THEN
771                ALLOCATE( utci (nys:nyn,nxl:nxr) )
772                utci = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
773             ENDIF
774          ELSE
775             do_calculate_utci_av = .TRUE.
776             IF ( .NOT. ALLOCATED( utci_av ) )  THEN
777                ALLOCATE( utci_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
778                utci_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
779             ENDIF
780          ENDIF
781
782       CASE ( 'bio_pet*' )
783          unit = 'degree_C'
784          thermal_comfort = .TRUE.
785          IF ( j == 0 )  THEN
786             do_calculate_pet = .TRUE.
787             IF ( .NOT. ALLOCATED( pet ) )  THEN
788                ALLOCATE( pet (nys:nyn,nxl:nxr) )
789                pet = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
790             ENDIF
791          ELSE
792             do_calculate_pet_av = .TRUE.
793             IF ( .NOT. ALLOCATED( pet_av ) )  THEN
794                ALLOCATE( pet_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
795                pet_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
796             ENDIF
797          ENDIF
798
799
800       CASE ( 'uvem_vitd3*' )
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
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/s'
813          IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_exposure ) )  THEN
814             ALLOCATE( vitd3_exposure(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
815          ENDIF
816          vitd3_exposure = 0.0_wp
817
818       CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
819          IF (  .NOT.  uv_exposure )  THEN
820             message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
821                      'res  a namelist &uvexposure_par'
822             CALL message( 'uvem_check_data_output', 'UV0001', 1, 2, 0, 6, 0 )
823          ENDIF
824          IF ( k == 0  .OR.  data_output(i)(ilen-2:ilen) /= '_xy' )  THEN
825             message_string = 'illegal value for data_output: "' //            &
826                              TRIM( var ) // '" & only 2d-horizontal ' //      &
827                              'cross sections are allowed for this value'
828             CALL message( 'check_parameters', 'PA0111', 1, 2, 0, 6, 0 )
829          ENDIF
830          unit = 'IU/av-h'
831          IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_exposure_av ) )  THEN
832             ALLOCATE( vitd3_exposure_av(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
833          ENDIF
834          vitd3_exposure_av = 0.0_wp
835
836       CASE DEFAULT
837          unit = 'illegal'
838
839    END SELECT
840
841!
842!--    Further checks if thermal comfort output is desired.
843    IF ( thermal_comfort  .AND.  unit == 'degree_C' )  THEN
844!
845!--    Break if required modules "radiation" is not avalable.
846       IF ( .NOT.  radiation )  THEN
847          message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" require'         &
848                           // 's radiation = .TRUE.'
849          CALL message( 'check_parameters', 'PA0509', 1, 2, 0, 6, 0 )
850          unit = 'illegal'
851       ENDIF
852!
853!--    All "thermal_comfort" outputs except from 'bio_mrt' will also need
854!--    humidity input. Check also for that.
855       IF ( TRIM( var ) /= 'bio_mrt' )  THEN
856          IF ( .NOT.  humidity )  THEN
857             message_string = 'The estimation of thermal comfort '    //       &
858                              'requires air humidity information, but ' //     &
859                              'humidity module is disabled!'
860             CALL message( 'check_parameters', 'PA0561', 1, 2, 0, 6, 0 )
861             unit = 'illegal'
862          ENDIF
863       ENDIF
864
865
866    ENDIF
867
868 END SUBROUTINE bio_check_data_output
869
870!------------------------------------------------------------------------------!
871! Description:
872! ------------
873!> Check parameters routine for biom module
874!> Currently unused but might come in handy for future checks?
875!------------------------------------------------------------------------------!
876 SUBROUTINE bio_check_parameters
877
878
879    IMPLICIT NONE
880
881
882
883 END SUBROUTINE bio_check_parameters
884
885
886!------------------------------------------------------------------------------!
887! Description:
888! ------------
889!> Subroutine defining 2D output variables
890!> data_output_2d 1188ff
891!------------------------------------------------------------------------------!
892 SUBROUTINE bio_data_output_2d( av, variable, found, grid, local_pf,           &
893                                two_d, nzb_do, nzt_do )
894
895
896    USE kinds
897
898
899    IMPLICIT NONE
900!
901!-- Input variables
902    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN) ::  variable    !< Char identifier to select var for output
903    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  av          !< Use averaged data? 0 = no, 1 = yes?
904    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  nzb_do      !< Unused. 2D. nz bottom to nz top
905    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  nzt_do      !< Unused.
906!
907!-- Output variables
908    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid   !< Grid type (always "zu1" for biom)
909    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  found  !< Output found?
910    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  two_d  !< Flag parameter that indicates 2D variables,
911                                              !< horizontal cross sections, must be .TRUE. for thermal indices and uv
912    REAL(wp), DIMENSION(nxl:nxr,nys:nyn,nzb_do:nzt_do) ::  local_pf  !< Temp. result grid to return
913!
914!-- Internal variables
915    INTEGER(iwp) ::  i        !< Running index, x-dir
916    INTEGER(iwp) ::  j        !< Running index, y-dir
917    INTEGER(iwp) ::  k        !< Running index, z-dir
918    INTEGER(iwp) ::  l        !< Running index, radiation grid
919
920
921    found = .TRUE.
922    local_pf = bio_fill_value
923
924    SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
925
926
927        CASE ( 'bio_mrt_xy' )
928           grid = 'zu1'
929           two_d = .FALSE.  !< can be calculated for several levels
930           local_pf = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
931           DO  l = 1, nmrtbl
932              i = mrtbl(ix,l)
933              j = mrtbl(iy,l)
934              k = mrtbl(iz,l)
935              IF ( k < nzb_do  .OR.  k > nzt_do  .OR.  j < nys  .OR.           &
936                 j > nyn  .OR.  i < nxl  .OR.  i > nxr )  CYCLE
937              IF ( av == 0 )  THEN
938                 IF ( mrt_include_sw )  THEN
939                    local_pf(i,j,k) = ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +          &
940                                    mrtinlw(l) ) /                             &
941                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
942                                    degc_to_k
943                 ELSE
944                    local_pf(i,j,k) = ( mrtinlw(l)  /                          &
945                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
946                                    degc_to_k
947                 ENDIF
948              ELSE
949                 local_pf(i,j,k) = mrt_av_grid(l)
950              ENDIF
951           ENDDO
952
953
954        CASE ( 'bio_perct*_xy' )        ! 2d-array
955           grid = 'zu1'
956           two_d = .TRUE.
957           IF ( av == 0 )  THEN
958              DO  i = nxl, nxr
959                 DO  j = nys, nyn
960                    local_pf(i,j,nzb+1) = perct(j,i)
961                 ENDDO
962              ENDDO
963           ELSE
964              DO  i = nxl, nxr
965                 DO  j = nys, nyn
966                    local_pf(i,j,nzb+1) = perct_av(j,i)
967                 ENDDO
968              ENDDO
969           ENDIF
970
971
972        CASE ( 'bio_utci*_xy' )        ! 2d-array
973           grid = 'zu1'
974           two_d = .TRUE.
975           IF ( av == 0 )  THEN
976              DO  i = nxl, nxr
977                 DO  j = nys, nyn
978                    local_pf(i,j,nzb+1) = utci(j,i)
979                 ENDDO
980              ENDDO
981           ELSE
982              DO  i = nxl, nxr
983                 DO  j = nys, nyn
984                    local_pf(i,j,nzb+1) = utci_av(j,i)
985                 ENDDO
986              ENDDO
987           ENDIF
988
989
990        CASE ( 'bio_pet*_xy' )        ! 2d-array
991           grid = 'zu1'
992           two_d = .TRUE.
993           IF ( av == 0 )  THEN
994              DO  i = nxl, nxr
995                 DO  j = nys, nyn
996                    local_pf(i,j,nzb+1) = pet(j,i)
997                 ENDDO
998              ENDDO
999           ELSE
1000              DO  i = nxl, nxr
1001                 DO  j = nys, nyn
1002                    local_pf(i,j,nzb+1) = pet_av(j,i)
1003                 ENDDO
1004              ENDDO
1005           ENDIF
1006
1007!
1008!--    Before data is transfered to local_pf, transfer is it 2D dummy variable and exchange ghost points therein.
1009!--    However, at this point this is only required for instantaneous arrays, time-averaged quantities are already exchanged.
1010       CASE ( 'uvem_vitd3*_xy' )        ! 2d-array
1011          IF ( av == 0 )  THEN
1012             DO  i = nxl, nxr
1013                DO  j = nys, nyn
1014                   local_pf(i,j,nzb+1) = vitd3_exposure(j,i)
1015                ENDDO
1016             ENDDO
1017          ENDIF
1018
1019          two_d = .TRUE.
1020          grid = 'zu1'
1021
1022       CASE ( 'uvem_vitd3dose*_xy' )        ! 2d-array
1023          IF ( av == 1 )  THEN
1024             DO  i = nxl, nxr
1025                DO  j = nys, nyn
1026                   local_pf(i,j,nzb+1) = vitd3_exposure_av(j,i)
1027                ENDDO
1028             ENDDO
1029          ENDIF
1030
1031          two_d = .TRUE.
1032          grid = 'zu1'
1033
1034
1035       CASE DEFAULT
1036          found = .FALSE.
1037          grid  = 'none'
1038
1039    END SELECT
1040
1041
1042 END SUBROUTINE bio_data_output_2d
1043
1044
1045!------------------------------------------------------------------------------!
1046! Description:
1047! ------------
1048!> Subroutine defining 3D output variables (dummy, always 2d!)
1049!> data_output_3d 709ff
1050!------------------------------------------------------------------------------!
1051 SUBROUTINE bio_data_output_3d( av, variable, found, local_pf, nzb_do, nzt_do )
1052
1053    USE indices
1054
1055    USE kinds
1056
1057
1058    IMPLICIT NONE
1059!
1060!-- Input variables
1061    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN) ::  variable   !< Char identifier to select var for output
1062    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  av       !< Use averaged data? 0 = no, 1 = yes?
1063    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  nzb_do   !< Unused. 2D. nz bottom to nz top
1064    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  nzt_do   !< Unused.
1065!
1066!-- Output variables
1067    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found   !< Output found?
1068    REAL(sp), DIMENSION(nxl:nxr,nys:nyn,nzb_do:nzt_do) ::  local_pf   !< Temp. result grid to return
1069!
1070!-- Internal variables
1071    INTEGER(iwp) ::  l    !< Running index, radiation grid
1072    INTEGER(iwp) ::  i    !< Running index, x-dir
1073    INTEGER(iwp) ::  j    !< Running index, y-dir
1074    INTEGER(iwp) ::  k    !< Running index, z-dir
1075
1076!     REAL(wp) ::  mrt  !< Buffer for mean radiant temperature
1077
1078    found = .TRUE.
1079
1080    SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
1081
1082        CASE ( 'bio_mrt' )
1083            local_pf = REAL( bio_fill_value, KIND = sp )
1084            DO  l = 1, nmrtbl
1085               i = mrtbl(ix,l)
1086               j = mrtbl(iy,l)
1087               k = mrtbl(iz,l)
1088               IF ( k < nzb_do  .OR.  k > nzt_do  .OR.  j < nys  .OR.          &
1089                  j > nyn  .OR.  i < nxl  .OR.  i > nxr )  CYCLE
1090               IF ( av == 0 )  THEN
1091                  IF ( mrt_include_sw )  THEN
1092                     local_pf(i,j,k) = REAL( ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +   &
1093                                    mrtinlw(l) ) /                             &
1094                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
1095                                    degc_to_k, KIND = sp )
1096                  ELSE
1097                     local_pf(i,j,k) = REAL( ( mrtinlw(l) /                    &
1098                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
1099                                    degc_to_k, KIND = sp )
1100                  ENDIF
1101               ELSE
1102                  local_pf(i,j,k) = REAL( mrt_av_grid(l), KIND = sp )
1103               ENDIF
1104            ENDDO
1105
1106       CASE DEFAULT
1107          found = .FALSE.
1108
1109    END SELECT
1110
1111 END SUBROUTINE bio_data_output_3d
1112
1113!------------------------------------------------------------------------------!
1114! Description:
1115! ------------
1116!> Subroutine defining appropriate grid for netcdf variables.
1117!> It is called out from subroutine netcdf_interface_mod.
1118!> netcdf_interface_mod 918ff
1119!------------------------------------------------------------------------------!
1120 SUBROUTINE bio_define_netcdf_grid( var, found, grid_x, grid_y, grid_z )
1121
1122    IMPLICIT NONE
1123!
1124!-- Input variables
1125    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)  ::  var      !< Name of output variable
1126!
1127!-- Output variables
1128    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_x   !< x grid of output variable
1129    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_y   !< y grid of output variable
1130    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_z   !< z grid of output variable
1131
1132    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  found    !< Flag if output var is found
1133!
1134!-- Local variables
1135    LOGICAL      :: is2d  !< Var is 2d?
1136
1137    INTEGER(iwp) :: l     !< Length of the var array
1138
1139
1140    found  = .FALSE.
1141    grid_x = 'none'
1142    grid_y = 'none'
1143    grid_z = 'none'
1144
1145    l = MAX( 2, LEN_TRIM( var ) )
1146    is2d = ( var(l-1:l) == 'xy' )
1147
1148    IF ( var(1:4) == 'bio_' )  THEN
1149       found  = .TRUE.
1150       grid_x = 'x'
1151       grid_y = 'y'
1152       grid_z = 'zu'
1153       IF ( is2d  .AND.  var(1:7) /= 'bio_mrt' )  grid_z = 'zu1'
1154    ENDIF
1155
1156    IF ( is2d  .AND.  var(1:4) == 'uvem' )  THEN
1157       grid_x = 'x'
1158       grid_y = 'y'
1159       grid_z = 'zu1'
1160    ENDIF
1161
1162 END SUBROUTINE bio_define_netcdf_grid
1163
1164!------------------------------------------------------------------------------!
1165! Description:
1166! ------------
1167!> Header output for biom module
1168!> header 982
1169!------------------------------------------------------------------------------!
1170 SUBROUTINE bio_header( io )
1171
1172    IMPLICIT NONE
1173!
1174!-- Input variables
1175    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io           !< Unit of the output file
1176!
1177!-- Internal variables
1178    CHARACTER (LEN=86) ::  output_height_chr  !< String for output height
1179
1180    WRITE( output_height_chr, '(F8.1,7X)' )  bio_output_height
1181!
1182!-- Write biom header
1183    WRITE( io, 1 )
1184    WRITE( io, 2 )  TRIM( output_height_chr )
1185    WRITE( io, 3 )  TRIM( ACHAR( bio_cell_level ) )
1186
11871   FORMAT (//' Human thermal comfort module information:'/                    &
1188              ' ------------------------------'/)
11892   FORMAT ('    --> All indices calculated for a height of (m): ', A )
11903   FORMAT ('    --> This corresponds to cell level : ', A )
1191
1192 END SUBROUTINE bio_header
1193
1194
1195!------------------------------------------------------------------------------!
1196! Description:
1197! ------------
1198!> Initialization of the HTCM
1199!> init_3d_model 1987ff
1200!------------------------------------------------------------------------------!
1201 SUBROUTINE bio_init
1202
1203    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
1204        ONLY:  netcdf_data_input_uvem
1205
1206    IMPLICIT NONE
1207!
1208!-- Internal vriables
1209    REAL ( wp )  :: height  !< current height in meters
1210
1211    CALL location_message( 'initializing biometeorology module', .FALSE. )
1212!
1213!-- Determine cell level corresponding to 1.1 m above ground level
1214!   (gravimetric center of sample human)
1215
1216    bio_cell_level = 0_iwp
1217    bio_output_height = 0.5_wp * dz(1)
1218    height = 0.0_wp
1219
1220    bio_cell_level = INT( 1.099_wp / dz(1) )
1221    bio_output_height = bio_output_height + bio_cell_level * dz(1)
1222!
1223!-- Set radiation level if not done by user
1224    IF ( mrt_nlevels == 0 )  THEN
1225       mrt_nlevels = bio_cell_level + 1_iwp
1226    ENDIF
1227!
1228!-- Init UVEM and load lookup tables
1229    IF ( uv_exposure )  CALL netcdf_data_input_uvem
1230
1231    CALL location_message( 'finished', .TRUE. )
1232
1233 END SUBROUTINE bio_init
1234
1235
1236!------------------------------------------------------------------------------!
1237! Description:
1238! ------------
1239!> Checks done after the Initialization
1240!------------------------------------------------------------------------------!
1241 SUBROUTINE bio_init_checks
1242
1243    USE control_parameters,                                                    &
1244        ONLY: message_string
1245
1246    IF ( .NOT. radiation_interactions )  THEN
1247       message_string = 'The mrt calculation requires ' //                     &
1248                        'enabled radiation_interactions but it ' //            &
1249                        'is disabled!'
1250       CALL message( 'bio_init_checks', 'PAHU03', 1, 2, 0, 6, 0 )
1251    ENDIF
1252
1253
1254 END SUBROUTINE bio_init_checks
1255
1256
1257!------------------------------------------------------------------------------!
1258! Description:
1259! ------------
1260!> Parin for &biometeorology_parameters for reading biomet parameters
1261!------------------------------------------------------------------------------!
1262 SUBROUTINE bio_parin
1263
1264    IMPLICIT NONE
1265
1266!
1267!-- Internal variables
1268    CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< Dummy string for current line in parameter file
1269
1270    NAMELIST /biometeorology_parameters/  thermal_comfort,                     &
1271
1272!
1273!-- UVEM namelist parameters
1274                                          clothing,                            &
1275                                          consider_obstructions,               &
1276                                          orientation_angle,                   &
1277                                          sun_in_south,                        &
1278                                          turn_to_sun,                         &
1279                                          uv_exposure
1280
1281
1282!-- Try to find biometeorology_parameters namelist
1283    REWIND ( 11 )
1284    line = ' '
1285    DO WHILE ( INDEX( line, '&biometeorology_parameters' ) == 0 )
1286       READ ( 11, '(A)', END = 20 )  line
1287    ENDDO
1288    BACKSPACE ( 11 )
1289
1290!
1291!-- Read biometeorology_parameters namelist
1292    READ ( 11, biometeorology_parameters, ERR = 10, END = 20 )
1293
1294!
1295!-- Set flag that indicates that the biomet_module is switched on
1296    biometeorology = .TRUE.
1297
1298    GOTO 20
1299
1300!
1301!-- In case of error
1302 10 BACKSPACE( 11 )
1303    READ( 11 , '(A)') line
1304    CALL parin_fail_message( 'biometeorology_parameters', line )
1305
1306!
1307!-- Complete
1308 20 CONTINUE
1309
1310
1311 END SUBROUTINE bio_parin
1312
1313!------------------------------------------------------------------------------!
1314! Description:
1315! ------------
1316!> Soubroutine reads global biometeorology configuration from restart file(s)
1317!------------------------------------------------------------------------------!
1318 SUBROUTINE bio_rrd_global( found )
1319
1320    USE control_parameters,                                                    &
1321        ONLY:  length, restart_string
1322
1323
1324    IMPLICIT NONE
1325
1326    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found      !< variable found? yes = .T., no = .F.
1327
1328    found = .TRUE.
1329
1330
1331    SELECT CASE ( restart_string(1:length) )
1332
1333!
1334!--    read control flags to determine if input grids need to be averaged
1335       CASE ( 'do_average_theta' )
1336          READ ( 13 )  do_average_theta
1337
1338       CASE ( 'do_average_q' )
1339          READ ( 13 )  do_average_q
1340
1341       CASE ( 'do_average_u' )
1342          READ ( 13 )  do_average_u
1343
1344       CASE ( 'do_average_v' )
1345          READ ( 13 )  do_average_v
1346
1347       CASE ( 'do_average_w' )
1348          READ ( 13 )  do_average_w
1349
1350       CASE ( 'do_average_mrt' )
1351          READ ( 13 )  do_average_mrt
1352
1353!
1354!--    read control flags to determine which thermal index needs to trigger averaging
1355       CASE ( 'average_trigger_perct' )
1356          READ ( 13 )  average_trigger_perct
1357
1358       CASE ( 'average_trigger_utci' )
1359          READ ( 13 )  average_trigger_utci
1360
1361       CASE ( 'average_trigger_pet' )
1362          READ ( 13 )  average_trigger_pet
1363
1364
1365       CASE DEFAULT
1366
1367          found = .FALSE.
1368
1369    END SELECT
1370
1371
1372 END SUBROUTINE bio_rrd_global
1373
1374
1375!------------------------------------------------------------------------------!
1376! Description:
1377! ------------
1378!> Soubroutine reads local biometeorology configuration from restart file(s)
1379!------------------------------------------------------------------------------!
1380 SUBROUTINE bio_rrd_local( found )
1381
1382
1383    USE control_parameters,                                                    &
1384        ONLY:  length, restart_string
1385
1386
1387    IMPLICIT NONE
1388
1389
1390    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found      !< variable found? yes = .T., no = .F.
1391
1392    found = .TRUE.
1393
1394
1395    SELECT CASE ( restart_string(1:length) )
1396
1397       CASE ( 'nmrtbl' )
1398          READ ( 13 )  bio_nmrtbl
1399
1400       CASE ( 'mrt_av_grid' )
1401          IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1402             ALLOCATE( mrt_av_grid(bio_nmrtbl) )
1403          ENDIF
1404          READ ( 13 )  mrt_av_grid
1405
1406
1407       CASE DEFAULT
1408
1409          found = .FALSE.
1410
1411    END SELECT
1412
1413
1414 END SUBROUTINE bio_rrd_local
1415
1416!------------------------------------------------------------------------------!
1417! Description:
1418! ------------
1419!> Write global restart data for the biometeorology module.
1420!------------------------------------------------------------------------------!
1421 SUBROUTINE bio_wrd_global
1422
1423    IMPLICIT NONE
1424
1425    CALL wrd_write_string( 'do_average_theta' )
1426    WRITE ( 14 )  do_average_theta
1427    CALL wrd_write_string( 'do_average_q' )
1428    WRITE ( 14 )  do_average_q
1429    CALL wrd_write_string( 'do_average_u' )
1430    WRITE ( 14 )  do_average_u
1431    CALL wrd_write_string( 'do_average_v' )
1432    WRITE ( 14 )  do_average_v
1433    CALL wrd_write_string( 'do_average_w' )
1434    WRITE ( 14 )  do_average_w
1435    CALL wrd_write_string( 'do_average_mrt' )
1436    WRITE ( 14 )  do_average_mrt
1437    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_perct' )
1438    WRITE ( 14 )  average_trigger_perct
1439    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_utci' )
1440    WRITE ( 14 )  average_trigger_utci
1441    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_pet' )
1442    WRITE ( 14 )  average_trigger_pet
1443
1444 END SUBROUTINE bio_wrd_global
1445
1446
1447!------------------------------------------------------------------------------!
1448! Description:
1449! ------------
1450!> Write local restart data for the biometeorology module.
1451!------------------------------------------------------------------------------!
1452 SUBROUTINE bio_wrd_local
1453
1454    IMPLICIT NONE
1455
1456!
1457!-- First nmrtbl has to be written/read, because it is the dimension of mrt_av_grid
1458    CALL wrd_write_string( 'nmrtbl' )
1459    WRITE ( 14 )  nmrtbl
1460
1461    IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1462       CALL wrd_write_string( 'mrt_av_grid' )
1463       WRITE ( 14 )  mrt_av_grid
1464    ENDIF
1465
1466
1467 END SUBROUTINE bio_wrd_local
1468
1469!------------------------------------------------------------------------------!
1470! Description:
1471! ------------
1472!> Calculate biometeorology MRT for all 2D grid
1473!------------------------------------------------------------------------------!
1474 SUBROUTINE bio_calculate_mrt_grid ( av )
1475
1476    IMPLICIT NONE
1477
1478    LOGICAL, INTENT(IN)         ::  av    !< use averaged input?
1479!
1480!-- Internal variables
1481    INTEGER(iwp)                ::  i     !< Running index, x-dir, radiation coordinates
1482    INTEGER(iwp)                ::  j     !< Running index, y-dir, radiation coordinates
1483    INTEGER(iwp)                ::  k     !< Running index, y-dir, radiation coordinates
1484    INTEGER(iwp)                ::  l     !< Running index, radiation coordinates
1485
1486
1487!
1488!-- We need to differentiate if averaged input is desired (av == .TRUE.) or not.
1489    IF ( av )  THEN
1490!
1491!-- Make sure tmrt_av_grid is present and initialize with the fill value
1492       IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_av_grid ) )  THEN
1493          ALLOCATE( tmrt_av_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
1494       ENDIF
1495       tmrt_av_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
1496
1497!
1498!-- mrt_av_grid should always be allcoated here, but better make sure ist actually is.
1499       IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1500!
1501!-- Iterate over the radiation grid (radiation coordinates) and fill the
1502!-- tmrt_av_grid (x, y coordinates) where appropriate:
1503!-- tmrt_av_grid is written for all i / j if level (k) matches output height.
1504          DO  l = 1, nmrtbl
1505             i = mrtbl(ix,l)
1506             j = mrtbl(iy,l)
1507             k = mrtbl(iz,l)
1508             IF ( k - get_topography_top_index_ji( j, i, 's' ) ==              &
1509                   bio_cell_level + 1_iwp)  THEN
1510!
1511!-- Averaging was done before, so we can just copy the result here
1512                tmrt_av_grid(j,i) = mrt_av_grid(l)
1513
1514             ENDIF
1515          ENDDO
1516       ENDIF
1517
1518!
1519!-- In case instantaneous input is desired, mrt values will be re-calculated.
1520    ELSE
1521!
1522!-- Calculate biometeorology MRT from local radiation fluxes calculated by RTM and assign
1523!-- into 2D grid. Depending on selected output quantities, tmrt_grid might not have been
1524!-- allocated in bio_check_data_output yet.
1525       IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_grid ) )  THEN
1526          ALLOCATE( tmrt_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
1527       ENDIF
1528       tmrt_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
1529
1530       DO  l = 1, nmrtbl
1531          i = mrtbl(ix,l)
1532          j = mrtbl(iy,l)
1533          k = mrtbl(iz,l)
1534          IF ( k - get_topography_top_index_ji( j, i, 's' ) ==                 &
1535                bio_cell_level + 1_iwp)  THEN
1536             IF ( mrt_include_sw )  THEN
1537                 tmrt_grid(j,i) = ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +              &
1538                                  mrtinlw(l) )  /                              &
1539                                  ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -       &
1540                                  degc_to_k
1541             ELSE
1542                 tmrt_grid(j,i) = ( mrtinlw(l)  /                              &
1543                                  ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -       &
1544                                  degc_to_k
1545             ENDIF
1546          ENDIF
1547       ENDDO
1548    ENDIF
1549
1550END SUBROUTINE bio_calculate_mrt_grid
1551
1552
1553!------------------------------------------------------------------------------!
1554! Description:
1555! ------------
1556!> Calculate static thermal indices for 2D grid point i, j
1557!------------------------------------------------------------------------------!
1558 SUBROUTINE bio_get_thermal_index_input_ij( average_input, i, j, ta, vp, ws,   &
1559    pair, tmrt )
1560
1561    IMPLICIT NONE
1562!
1563!-- Input variables
1564    LOGICAL,      INTENT ( IN ) ::  average_input  !< Determine averaged input conditions?
1565    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  i     !< Running index, x-dir
1566    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  j     !< Running index, y-dir
1567!
1568!-- Output parameters
1569    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  tmrt  !< Mean radiant temperature        (degree_C)
1570    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  ta    !< Air temperature                 (degree_C)
1571    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  vp    !< Vapour pressure                 (hPa)
1572    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  ws    !< Wind speed    (local level)     (m/s)
1573    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  pair  !< Air pressure                    (hPa)
1574!
1575!-- Internal variables
1576    INTEGER(iwp)                ::  k     !< Running index, z-dir
1577    INTEGER(iwp)                ::  k_wind  !< Running index, z-dir, wind speed only
1578
1579    REAL(wp)                    ::  vp_sat  !< Saturation vapor pressure     (hPa)
1580
1581!
1582!-- Determine cell level closest to 1.1m above ground
1583!   by making use of truncation due to int cast
1584    k = INT( get_topography_top_index_ji(j, i, 's') + bio_cell_level )  !< Vertical cell center closest to 1.1m
1585
1586!
1587!-- Avoid non-representative horizontal u and v of 0.0 m/s too close to ground
1588    k_wind = k
1589    IF ( bio_cell_level < 1_iwp )  THEN
1590       k_wind = k + 1_iwp
1591    ENDIF
1592!
1593!-- Determine local values:
1594    IF ( average_input )  THEN
1595!
1596!--    Calculate ta from Tp assuming dry adiabatic laps rate
1597       ta = bio_fill_value
1598       IF ( ALLOCATED( pt_av ) )  THEN
1599          ta = pt_av(k,j,i) - ( 0.0098_wp * dz(1) * ( k + .5_wp ) ) - degc_to_k
1600       ENDIF
1601
1602       vp = bio_fill_value
1603       IF ( humidity  .AND.  ALLOCATED( q_av ) )  THEN
1604          vp = q_av(k,j,i)
1605       ENDIF
1606
1607       ws = bio_fill_value
1608       IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  ALLOCATED( v_av )  .AND.                 &
1609          ALLOCATED( w_av ) )  THEN
1610             ws = ( 0.5_wp * ABS( u_av(k_wind,j,i) + u_av(k_wind,j,i+1) )  +   &
1611             0.5_wp * ABS( v_av(k_wind,j,i) + v_av(k_wind,j+1,i) )  +          &
1612             0.5_wp * ABS( w_av(k_wind,j,i) + w_av(k_wind+1,j,i) ) )
1613       ENDIF
1614    ELSE
1615!
1616!-- Calculate ta from Tp assuming dry adiabatic laps rate
1617       ta = pt(k,j,i) - ( 0.0098_wp * dz(1) * (  k + .5_wp ) ) - degc_to_k
1618
1619       vp = bio_fill_value
1620       IF ( humidity )  THEN
1621          vp = q(k,j,i)
1622       ENDIF
1623
1624       ws = ( 0.5_wp * ABS( u(k_wind,j,i) + u(k_wind,j,i+1) )  +               &
1625          0.5_wp * ABS( v(k_wind,j,i) + v(k_wind,j+1,i) )  +                   &
1626          0.5_wp * ABS( w(k_wind,j,i) + w(k_wind+1,j,i) ) )
1627
1628    ENDIF
1629!
1630!-- Local air pressure
1631    pair = surface_pressure
1632!
1633!-- Calculate water vapour pressure at saturation and convert to hPa
1634!-- The magnus formula is limited to temperatures up to 333.15 K to
1635!   avoid negative values of vp_sat
1636    IF ( vp > -998._wp )  THEN
1637       vp_sat = 0.01_wp * magnus( MIN( ta + degc_to_k, 333.15_wp ) )
1638       vp  = vp * pair / ( vp + 0.622_wp )
1639       IF ( vp > vp_sat )  vp = vp_sat
1640    ENDIF
1641!
1642!-- local mtr value at [i,j]
1643    tmrt = bio_fill_value  !< this can be a valid result (e.g. for inside some ostacle)
1644    IF ( .NOT. average_input )  THEN
1645!
1646!--    Use MRT from RTM precalculated in tmrt_grid
1647       tmrt = tmrt_grid(j,i)
1648    ELSE
1649       tmrt = tmrt_av_grid(j,i)
1650    ENDIF
1651
1652 END SUBROUTINE bio_get_thermal_index_input_ij
1653
1654
1655!------------------------------------------------------------------------------!
1656! Description:
1657! ------------
1658!> Calculate static thermal indices for any point within a 2D grid
1659!> time_integration.f90: 1065ff
1660!------------------------------------------------------------------------------!
1661 SUBROUTINE bio_calculate_thermal_index_maps( av )
1662
1663    IMPLICIT NONE
1664!
1665!-- Input attributes
1666    LOGICAL, INTENT ( IN ) ::  av  !< Calculate based on averaged input conditions?
1667!
1668!-- Internal variables
1669    INTEGER(iwp) ::  i, j     !< Running index
1670
1671    REAL(wp) ::  clo          !< Clothing index                (no dimension)
1672    REAL(wp) ::  ta           !< Air temperature                  (degree_C)
1673    REAL(wp) ::  vp           !< Vapour pressure                  (hPa)
1674    REAL(wp) ::  ws           !< Wind speed    (local level)      (m/s)
1675    REAL(wp) ::  pair         !< Air pressure                     (hPa)
1676    REAL(wp) ::  perct_ij     !< Perceived temperature            (degree_C)
1677    REAL(wp) ::  utci_ij      !< Universal thermal climate index  (degree_C)
1678    REAL(wp) ::  pet_ij       !< Physiologically equivalent temperature  (degree_C)
1679    REAL(wp) ::  tmrt_ij      !< Mean radiant temperature         (degree_C)
1680
1681!
1682!-- Check if some thermal index is desired. Don't do anything if, e.g. only
1683!-- bio_mrt is desired.
1684    IF ( do_calculate_perct  .OR.  do_calculate_perct_av  .OR.                 &
1685       do_calculate_utci  .OR.  do_calculate_utci_av  .OR.                     &
1686       do_calculate_pet  .OR.  do_calculate_pet_av )  THEN
1687
1688!
1689!--    fill out the MRT 2D grid from appropriate source (RTM, RRTMG,...)
1690       CALL bio_calculate_mrt_grid ( av )
1691
1692       DO  i = nxl, nxr
1693          DO  j = nys, nyn
1694!
1695!--          Determine local input conditions
1696             tmrt_ij = bio_fill_value
1697             vp      = bio_fill_value
1698!
1699!--          Determine local meteorological conditions
1700             CALL bio_get_thermal_index_input_ij ( av, i, j, ta, vp,           &
1701                                                   ws, pair, tmrt_ij )
1702!
1703!--          Only proceed if input is available
1704             pet_ij   = bio_fill_value   !< set fail value, e.g. valid for
1705             perct_ij = bio_fill_value   !< within some obstacle
1706             utci_ij  = bio_fill_value
1707             IF ( .NOT. ( tmrt_ij <= -998._wp  .OR.  vp <= -998._wp  .OR.      &
1708                ws <= -998._wp  .OR.  ta <= -998._wp ) )  THEN
1709!
1710!--             Calculate static thermal indices based on local tmrt
1711                clo = bio_fill_value
1712
1713                IF ( do_calculate_perct  .OR.  do_calculate_perct_av )  THEN
1714!
1715!--                Estimate local perceived temperature
1716                   CALL calculate_perct_static( ta, vp, ws, tmrt_ij, pair,     &
1717                      clo, perct_ij )
1718                ENDIF
1719
1720                IF ( do_calculate_utci  .OR.  do_calculate_utci_av )  THEN
1721!
1722!--                Estimate local universal thermal climate index
1723                   CALL calculate_utci_static( ta, vp, ws, tmrt_ij,            &
1724                      bio_output_height, utci_ij )
1725                ENDIF
1726
1727                IF ( do_calculate_pet  .OR.  do_calculate_pet_av )  THEN
1728!
1729!--                Estimate local physiologically equivalent temperature
1730                   CALL calculate_pet_static( ta, vp, ws, tmrt_ij, pair,       &
1731                      pet_ij )
1732                ENDIF
1733             ENDIF
1734
1735
1736             IF ( av )  THEN
1737!
1738!--             Write results for selected averaged indices
1739                IF ( do_calculate_perct_av )  THEN
1740                   perct_av(j, i) = perct_ij
1741                ENDIF
1742                IF ( do_calculate_utci_av )  THEN
1743                   utci_av(j, i) = utci_ij
1744                ENDIF
1745                IF ( do_calculate_pet_av )  THEN
1746                   pet_av(j, i)  = pet_ij
1747                ENDIF
1748             ELSE
1749!
1750!--             Write result for selected indices
1751                IF ( do_calculate_perct )  THEN
1752                   perct(j, i) = perct_ij
1753                ENDIF
1754                IF ( do_calculate_utci )  THEN
1755                   utci(j, i) = utci_ij
1756                ENDIF
1757                IF ( do_calculate_pet )  THEN
1758                   pet(j, i)  = pet_ij
1759                ENDIF
1760             ENDIF
1761
1762          ENDDO
1763       ENDDO
1764    ENDIF
1765
1766 END SUBROUTINE bio_calculate_thermal_index_maps
1767
1768!------------------------------------------------------------------------------!
1769! Description:
1770! ------------
1771!> Calculate dynamic thermal indices (currently only iPT, but expandable)
1772!------------------------------------------------------------------------------!
1773 SUBROUTINE bio_calc_ipt( ta, vp, ws, pair, tmrt, dt, energy_storage,          &
1774    t_clo, clo, actlev, age, weight, height, work, sex, ipt )
1775
1776    IMPLICIT NONE
1777!
1778!-- Input parameters
1779    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta   !< Air temperature                  (degree_C)
1780    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  vp   !< Vapour pressure                  (hPa)
1781    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ws   !< Wind speed    (local level)      (m/s)
1782    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pair !< Air pressure                     (hPa)
1783    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  tmrt !< Mean radiant temperature         (degree_C)
1784    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  dt   !< Time past since last calculation (s)
1785    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  age  !< Age of agent                     (y)
1786    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  weight  !< Weight of agent               (Kg)
1787    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  height  !< Height of agent               (m)
1788    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  work    !< Mechanical workload of agent
1789                                         !  (without metabolism!)         (W)
1790    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  sex  !< Sex of agent (1 = male, 2 = female)
1791!
1792!-- Both, input and output parameters
1793    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  energy_storage    !< Energy storage   (W/m²)
1794    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  t_clo   !< Clothing temperature       (degree_C)
1795    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  clo     !< Current clothing in sulation
1796    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  actlev  !< Individuals activity level
1797                                            !  per unit surface area      (W/m²)
1798!
1799!-- Output parameters
1800    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  ipt    !< Instationary perceived temp.   (degree_C)
1801!
1802!-- return immediatelly if nothing to do!
1803    IF ( .NOT. thermal_comfort )  THEN
1804        RETURN
1805    ENDIF
1806!
1807!-- If clo equals the initial value, this is the initial call
1808    IF ( clo <= -998._wp )  THEN
1809!
1810!--    Initialize instationary perceived temperature with personalized
1811!      PT as an initial guess, set actlev and clo
1812       CALL ipt_init( age, weight, height, sex, work, actlev, clo,            &
1813          ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, energy_storage, t_clo,                   &
1814          ipt )
1815    ELSE
1816!
1817!--    Estimate local instatinoary perceived temperature
1818       CALL ipt_cycle ( ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, energy_storage, t_clo,     &
1819          clo, actlev, work, ipt )
1820    ENDIF
1821
1822 END SUBROUTINE bio_calc_ipt
1823
1824
1825
1826!------------------------------------------------------------------------------!
1827! Description:
1828! ------------
1829!> SUBROUTINE for calculating UTCI Temperature (UTCI)
1830!> computed by a 6th order approximation
1831!>
1832!> UTCI regression equation after
1833!> Bröde P, Fiala D, Blazejczyk K, Holmér I, Jendritzky G, Kampmann B, Tinz B,
1834!> Havenith G (2012) Deriving the operational procedure for the Universal Thermal
1835!> Climate Index (UTCI). International Journal of Biometeorology 56 (3):481-494.
1836!> doi:10.1007/s00484-011-0454-1
1837!>
1838!> original source available at:
1839!> www.utci.org
1840!------------------------------------------------------------------------------!
1841 SUBROUTINE calculate_utci_static( ta_in, vp, ws_hag, tmrt, hag, utci_ij )
1842
1843    IMPLICIT NONE
1844!
1845!-- Type of input of the argument list
1846    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  ta_in    !< Local air temperature (degree_C)
1847    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  vp       !< Loacl vapour pressure (hPa)
1848    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  ws_hag   !< Incident wind speed (m/s)
1849    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  tmrt     !< Local mean radiant temperature (degree_C)
1850    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  hag      !< Height of wind speed input (m)
1851!
1852!-- Type of output of the argument list
1853    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  utci_ij  !< Universal Thermal Climate Index (degree_C)
1854
1855    REAL(WP) ::  ta           !< air temperature modified by offset (degree_C)
1856    REAL(WP) ::  pa           !< air pressure in kPa      (kPa)
1857    REAL(WP) ::  d_tmrt       !< delta-tmrt               (degree_C)
1858    REAL(WP) ::  va           !< wind speed at 10 m above ground level    (m/s)
1859    REAL(WP) ::  offset       !< utci deviation by ta cond. exceeded      (degree_C)
1860    REAL(WP) ::  part_ta      !< Air temperature related part of the regression
1861    REAL(WP) ::  ta2          !< 2 times ta
1862    REAL(WP) ::  ta3          !< 3 times ta
1863    REAL(WP) ::  ta4          !< 4 times ta
1864    REAL(WP) ::  ta5          !< 5 times ta
1865    REAL(WP) ::  ta6          !< 6 times ta
1866    REAL(WP) ::  part_va      !< Vapour pressure related part of the regression
1867    REAL(WP) ::  va2          !< 2 times va
1868    REAL(WP) ::  va3          !< 3 times va
1869    REAL(WP) ::  va4          !< 4 times va
1870    REAL(WP) ::  va5          !< 5 times va
1871    REAL(WP) ::  va6          !< 6 times va
1872    REAL(WP) ::  part_d_tmrt  !< Mean radiant temp. related part of the reg.
1873    REAL(WP) ::  d_tmrt2      !< 2 times d_tmrt
1874    REAL(WP) ::  d_tmrt3      !< 3 times d_tmrt
1875    REAL(WP) ::  d_tmrt4      !< 4 times d_tmrt
1876    REAL(WP) ::  d_tmrt5      !< 5 times d_tmrt
1877    REAL(WP) ::  d_tmrt6      !< 6 times d_tmrt
1878    REAL(WP) ::  part_pa      !< Air pressure related part of the regression
1879    REAL(WP) ::  pa2          !< 2 times pa
1880    REAL(WP) ::  pa3          !< 3 times pa
1881    REAL(WP) ::  pa4          !< 4 times pa
1882    REAL(WP) ::  pa5          !< 5 times pa
1883    REAL(WP) ::  pa6          !< 6 times pa
1884    REAL(WP) ::  part_pa2     !< Air pressure^2 related part of the regression
1885    REAL(WP) ::  part_pa3     !< Air pressure^3 related part of the regression
1886    REAL(WP) ::  part_pa46    !< Air pressure^4-6 related part of the regression
1887
1888!
1889!-- Initialize
1890    offset = 0._wp
1891    ta = ta_in
1892    d_tmrt = tmrt - ta_in
1893!
1894!-- Use vapour pressure in kpa
1895    pa = vp / 10.0_wp
1896!
1897!-- Wind altitude correction from hag to 10m after Broede et al. (2012), eq.3
1898!-- z(0) is set to 0.01 according to UTCI profile definition
1899    va = ws_hag *  log ( 10.0_wp / 0.01_wp ) / log ( hag / 0.01_wp )
1900!
1901!-- Check if input values in range after Broede et al. (2012)
1902    IF ( ( d_tmrt > 70._wp )  .OR.  ( d_tmrt < -30._wp )  .OR.                 &
1903       ( vp >= 50._wp ) )  THEN
1904       utci_ij = bio_fill_value
1905       RETURN
1906    ENDIF
1907!
1908!-- Apply eq. 2 in Broede et al. (2012) for ta out of bounds
1909    IF ( ta > 50._wp )  THEN
1910       offset = ta - 50._wp
1911       ta = 50._wp
1912    ENDIF
1913    IF ( ta < -50._wp )  THEN
1914       offset = ta + 50._wp
1915       ta = -50._wp
1916    ENDIF
1917!
1918!-- For routine application. For wind speeds and relative
1919!-- humidity values below 0.5 m/s or 5%, respectively, the
1920!-- user is advised to use the lower bounds for the calculations.
1921    IF ( va < 0.5_wp )  va = 0.5_wp
1922    IF ( va > 17._wp )  va = 17._wp
1923
1924!
1925!-- Pre-calculate multiples of input parameters to save time later
1926
1927    ta2 = ta  * ta
1928    ta3 = ta2 * ta
1929    ta4 = ta3 * ta
1930    ta5 = ta4 * ta
1931    ta6 = ta5 * ta
1932
1933    va2 = va  * va
1934    va3 = va2 * va
1935    va4 = va3 * va
1936    va5 = va4 * va
1937    va6 = va5 * va
1938
1939    d_tmrt2 = d_tmrt  * d_tmrt
1940    d_tmrt3 = d_tmrt2 * d_tmrt
1941    d_tmrt4 = d_tmrt3 * d_tmrt
1942    d_tmrt5 = d_tmrt4 * d_tmrt
1943    d_tmrt6 = d_tmrt5 * d_tmrt
1944
1945    pa2 = pa  * pa
1946    pa3 = pa2 * pa
1947    pa4 = pa3 * pa
1948    pa5 = pa4 * pa
1949    pa6 = pa5 * pa
1950
1951!
1952!-- Pre-calculate parts of the regression equation
1953    part_ta = (  6.07562052e-01_wp )       +                                   &
1954              ( -2.27712343e-02_wp ) * ta  +                                   &
1955              (  8.06470249e-04_wp ) * ta2 +                                   &
1956              ( -1.54271372e-04_wp ) * ta3 +                                   &
1957              ( -3.24651735e-06_wp ) * ta4 +                                   &
1958              (  7.32602852e-08_wp ) * ta5 +                                   &
1959              (  1.35959073e-09_wp ) * ta6
1960
1961    part_va = ( -2.25836520e+00_wp ) * va +                                    &
1962        (  8.80326035e-02_wp ) * ta  * va +                                    &
1963        (  2.16844454e-03_wp ) * ta2 * va +                                    &
1964        ( -1.53347087e-05_wp ) * ta3 * va +                                    &
1965        ( -5.72983704e-07_wp ) * ta4 * va +                                    &
1966        ( -2.55090145e-09_wp ) * ta5 * va +                                    &
1967        ( -7.51269505e-01_wp ) *       va2 +                                   &
1968        ( -4.08350271e-03_wp ) * ta  * va2 +                                   &
1969        ( -5.21670675e-05_wp ) * ta2 * va2 +                                   &
1970        (  1.94544667e-06_wp ) * ta3 * va2 +                                   &
1971        (  1.14099531e-08_wp ) * ta4 * va2 +                                   &
1972        (  1.58137256e-01_wp ) *       va3 +                                   &
1973        ( -6.57263143e-05_wp ) * ta  * va3 +                                   &
1974        (  2.22697524e-07_wp ) * ta2 * va3 +                                   &
1975        ( -4.16117031e-08_wp ) * ta3 * va3 +                                   &
1976        ( -1.27762753e-02_wp ) *       va4 +                                   &
1977        (  9.66891875e-06_wp ) * ta  * va4 +                                   &
1978        (  2.52785852e-09_wp ) * ta2 * va4 +                                   &
1979        (  4.56306672e-04_wp ) *       va5 +                                   &
1980        ( -1.74202546e-07_wp ) * ta  * va5 +                                   &
1981        ( -5.91491269e-06_wp ) * va6
1982
1983    part_d_tmrt = (  3.98374029e-01_wp ) *       d_tmrt +                      &
1984            (  1.83945314e-04_wp ) * ta  *       d_tmrt +                      &
1985            ( -1.73754510e-04_wp ) * ta2 *       d_tmrt +                      &
1986            ( -7.60781159e-07_wp ) * ta3 *       d_tmrt +                      &
1987            (  3.77830287e-08_wp ) * ta4 *       d_tmrt +                      &
1988            (  5.43079673e-10_wp ) * ta5 *       d_tmrt +                      &
1989            ( -2.00518269e-02_wp ) *       va  * d_tmrt +                      &
1990            (  8.92859837e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt +                      &
1991            (  3.45433048e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt +                      &
1992            ( -3.77925774e-07_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt +                      &
1993            ( -1.69699377e-09_wp ) * ta4 * va  * d_tmrt +                      &
1994            (  1.69992415e-04_wp ) *       va2 * d_tmrt +                      &
1995            ( -4.99204314e-05_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt +                      &
1996            (  2.47417178e-07_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt +                      &
1997            (  1.07596466e-08_wp ) * ta3 * va2 * d_tmrt +                      &
1998            (  8.49242932e-05_wp ) *       va3 * d_tmrt +                      &
1999            (  1.35191328e-06_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt +                      &
2000            ( -6.21531254e-09_wp ) * ta2 * va3 * d_tmrt +                      &
2001            ( -4.99410301e-06_wp ) * va4 *       d_tmrt +                      &
2002            ( -1.89489258e-08_wp ) * ta  * va4 * d_tmrt +                      &
2003            (  8.15300114e-08_wp ) *       va5 * d_tmrt +                      &
2004            (  7.55043090e-04_wp ) *             d_tmrt2 +                     &
2005            ( -5.65095215e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 +                     &
2006            ( -4.52166564e-07_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 +                     &
2007            (  2.46688878e-08_wp ) * ta3 *       d_tmrt2 +                     &
2008            (  2.42674348e-10_wp ) * ta4 *       d_tmrt2 +                     &
2009            (  1.54547250e-04_wp ) *       va  * d_tmrt2 +                     &
2010            (  5.24110970e-06_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 +                     &
2011            ( -8.75874982e-08_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt2 +                     &
2012            ( -1.50743064e-09_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt2 +                     &
2013            ( -1.56236307e-05_wp ) *       va2 * d_tmrt2 +                     &
2014            ( -1.33895614e-07_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt2 +                     &
2015            (  2.49709824e-09_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt2 +                     &
2016            (  6.51711721e-07_wp ) *       va3 * d_tmrt2 +                     &
2017            (  1.94960053e-09_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt2 +                     &
2018            ( -1.00361113e-08_wp ) *       va4 * d_tmrt2 +                     &
2019            ( -1.21206673e-05_wp ) *             d_tmrt3 +                     &
2020            ( -2.18203660e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 +                     &
2021            (  7.51269482e-09_wp ) * ta2 *       d_tmrt3 +                     &
2022            (  9.79063848e-11_wp ) * ta3 *       d_tmrt3 +                     &
2023            (  1.25006734e-06_wp ) *       va  * d_tmrt3 +                     &
2024            ( -1.81584736e-09_wp ) * ta  * va  * d_tmrt3 +                     &
2025            ( -3.52197671e-10_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt3 +                     &
2026            ( -3.36514630e-08_wp ) *       va2 * d_tmrt3 +                     &
2027            (  1.35908359e-10_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt3 +                     &
2028            (  4.17032620e-10_wp ) *       va3 * d_tmrt3 +                     &
2029            ( -1.30369025e-09_wp ) *             d_tmrt4 +                     &
2030            (  4.13908461e-10_wp ) * ta  *       d_tmrt4 +                     &
2031            (  9.22652254e-12_wp ) * ta2 *       d_tmrt4 +                     &
2032            ( -5.08220384e-09_wp ) *       va  * d_tmrt4 +                     &
2033            ( -2.24730961e-11_wp ) * ta  * va  * d_tmrt4 +                     &
2034            (  1.17139133e-10_wp ) *       va2 * d_tmrt4 +                     &
2035            (  6.62154879e-10_wp ) *             d_tmrt5 +                     &
2036            (  4.03863260e-13_wp ) * ta  *       d_tmrt5 +                     &
2037            (  1.95087203e-12_wp ) *       va  * d_tmrt5 +                     &
2038            ( -4.73602469e-12_wp ) *             d_tmrt6
2039
2040    part_pa = (  5.12733497e+00_wp ) *                pa +                     &
2041       ( -3.12788561e-01_wp ) * ta  *                 pa +                     &
2042       ( -1.96701861e-02_wp ) * ta2 *                 pa +                     &
2043       (  9.99690870e-04_wp ) * ta3 *                 pa +                     &
2044       (  9.51738512e-06_wp ) * ta4 *                 pa +                     &
2045       ( -4.66426341e-07_wp ) * ta5 *                 pa +                     &
2046       (  5.48050612e-01_wp ) *       va  *           pa +                     &
2047       ( -3.30552823e-03_wp ) * ta  * va  *           pa +                     &
2048       ( -1.64119440e-03_wp ) * ta2 * va  *           pa +                     &
2049       ( -5.16670694e-06_wp ) * ta3 * va  *           pa +                     &
2050       (  9.52692432e-07_wp ) * ta4 * va  *           pa +                     &
2051       ( -4.29223622e-02_wp ) *       va2 *           pa +                     &
2052       (  5.00845667e-03_wp ) * ta  * va2 *           pa +                     &
2053       (  1.00601257e-06_wp ) * ta2 * va2 *           pa +                     &
2054       ( -1.81748644e-06_wp ) * ta3 * va2 *           pa +                     &
2055       ( -1.25813502e-03_wp ) *       va3 *           pa +                     &
2056       ( -1.79330391e-04_wp ) * ta  * va3 *           pa +                     &
2057       (  2.34994441e-06_wp ) * ta2 * va3 *           pa +                     &
2058       (  1.29735808e-04_wp ) *       va4 *           pa +                     &
2059       (  1.29064870e-06_wp ) * ta  * va4 *           pa +                     &
2060       ( -2.28558686e-06_wp ) *       va5 *           pa +                     &
2061       ( -3.69476348e-02_wp ) *             d_tmrt  * pa +                     &
2062       (  1.62325322e-03_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa +                     &
2063       ( -3.14279680e-05_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa +                     &
2064       (  2.59835559e-06_wp ) * ta3 *       d_tmrt  * pa +                     &
2065       ( -4.77136523e-08_wp ) * ta4 *       d_tmrt  * pa +                     &
2066       (  8.64203390e-03_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa +                     &
2067       ( -6.87405181e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2068       ( -9.13863872e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2069       (  5.15916806e-07_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2070       ( -3.59217476e-05_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2071       (  3.28696511e-05_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2072       ( -7.10542454e-07_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2073       ( -1.24382300e-05_wp ) *       va3 * d_tmrt  * pa +                     &
2074       ( -7.38584400e-09_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt  * pa +                     &
2075       (  2.20609296e-07_wp ) *       va4 * d_tmrt  * pa +                     &
2076       ( -7.32469180e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa +                     &
2077       ( -1.87381964e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa +                     &
2078       (  4.80925239e-06_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 * pa +                     &
2079       ( -8.75492040e-08_wp ) * ta3 *       d_tmrt2 * pa +                     &
2080       (  2.77862930e-05_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2081       ( -5.06004592e-06_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2082       (  1.14325367e-07_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2083       (  2.53016723e-06_wp ) *       va2 * d_tmrt2 * pa +                     &
2084       ( -1.72857035e-08_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt2 * pa +                     &
2085       ( -3.95079398e-08_wp ) *       va3 * d_tmrt2 * pa +                     &
2086       ( -3.59413173e-07_wp ) *             d_tmrt3 * pa +                     &
2087       (  7.04388046e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 * pa +                     &
2088       ( -1.89309167e-08_wp ) * ta2 *       d_tmrt3 * pa +                     &
2089       ( -4.79768731e-07_wp ) *       va  * d_tmrt3 * pa +                     &
2090       (  7.96079978e-09_wp ) * ta  * va  * d_tmrt3 * pa +                     &
2091       (  1.62897058e-09_wp ) *       va2 * d_tmrt3 * pa +                     &
2092       (  3.94367674e-08_wp ) *             d_tmrt4 * pa +                     &
2093       ( -1.18566247e-09_wp ) * ta *        d_tmrt4 * pa +                     &
2094       (  3.34678041e-10_wp ) *       va  * d_tmrt4 * pa +                     &
2095       ( -1.15606447e-10_wp ) *             d_tmrt5 * pa
2096
2097    part_pa2 = ( -2.80626406e+00_wp ) *               pa2 +                    &
2098       (  5.48712484e-01_wp ) * ta  *                 pa2 +                    &
2099       ( -3.99428410e-03_wp ) * ta2 *                 pa2 +                    &
2100       ( -9.54009191e-04_wp ) * ta3 *                 pa2 +                    &
2101       (  1.93090978e-05_wp ) * ta4 *                 pa2 +                    &
2102       ( -3.08806365e-01_wp ) *       va *            pa2 +                    &
2103       (  1.16952364e-02_wp ) * ta  * va *            pa2 +                    &
2104       (  4.95271903e-04_wp ) * ta2 * va *            pa2 +                    &
2105       ( -1.90710882e-05_wp ) * ta3 * va *            pa2 +                    &
2106       (  2.10787756e-03_wp ) *       va2 *           pa2 +                    &
2107       ( -6.98445738e-04_wp ) * ta  * va2 *           pa2 +                    &
2108       (  2.30109073e-05_wp ) * ta2 * va2 *           pa2 +                    &
2109       (  4.17856590e-04_wp ) *       va3 *           pa2 +                    &
2110       ( -1.27043871e-05_wp ) * ta  * va3 *           pa2 +                    &
2111       ( -3.04620472e-06_wp ) *       va4 *           pa2 +                    &
2112       (  5.14507424e-02_wp ) *             d_tmrt  * pa2 +                    &
2113       ( -4.32510997e-03_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2114       (  8.99281156e-05_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2115       ( -7.14663943e-07_wp ) * ta3 *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2116       ( -2.66016305e-04_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2117       (  2.63789586e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2118       ( -7.01199003e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2119       ( -1.06823306e-04_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2120       (  3.61341136e-06_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2121       (  2.29748967e-07_wp ) *       va3 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2122       (  3.04788893e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa2 +                    &
2123       ( -6.42070836e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa2 +                    &
2124       (  1.16257971e-06_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 * pa2 +                    &
2125       (  7.68023384e-06_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2126       ( -5.47446896e-07_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2127       ( -3.59937910e-08_wp ) *       va2 * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2128       ( -4.36497725e-06_wp ) *             d_tmrt3 * pa2 +                    &
2129       (  1.68737969e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 * pa2 +                    &
2130       (  2.67489271e-08_wp ) *       va  * d_tmrt3 * pa2 +                    &
2131       (  3.23926897e-09_wp ) *             d_tmrt4 * pa2
2132
2133    part_pa3 = ( -3.53874123e-02_wp ) *               pa3 +                    &
2134       ( -2.21201190e-01_wp ) * ta  *                 pa3 +                    &
2135       (  1.55126038e-02_wp ) * ta2 *                 pa3 +                    &
2136       ( -2.63917279e-04_wp ) * ta3 *                 pa3 +                    &
2137       (  4.53433455e-02_wp ) *       va  *           pa3 +                    &
2138       ( -4.32943862e-03_wp ) * ta  * va  *           pa3 +                    &
2139       (  1.45389826e-04_wp ) * ta2 * va  *           pa3 +                    &
2140       (  2.17508610e-04_wp ) *       va2 *           pa3 +                    &
2141       ( -6.66724702e-05_wp ) * ta  * va2 *           pa3 +                    &
2142       (  3.33217140e-05_wp ) *       va3 *           pa3 +                    &
2143       ( -2.26921615e-03_wp ) *             d_tmrt  * pa3 +                    &
2144       (  3.80261982e-04_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa3 +                    &
2145       ( -5.45314314e-09_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa3 +                    &
2146       ( -7.96355448e-04_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa3 +                    &
2147       (  2.53458034e-05_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa3 +                    &
2148       ( -6.31223658e-06_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa3 +                    &
2149       (  3.02122035e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa3 +                    &
2150       ( -4.77403547e-06_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa3 +                    &
2151       (  1.73825715e-06_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa3 +                    &
2152       ( -4.09087898e-07_wp ) *             d_tmrt3 * pa3
2153
2154    part_pa46 = (  6.14155345e-01_wp ) *              pa4 +                    &
2155       ( -6.16755931e-02_wp ) * ta  *                 pa4 +                    &
2156       (  1.33374846e-03_wp ) * ta2 *                 pa4 +                    &
2157       (  3.55375387e-03_wp ) *       va  *           pa4 +                    &
2158       ( -5.13027851e-04_wp ) * ta  * va  *           pa4 +                    &
2159       (  1.02449757e-04_wp ) *       va2 *           pa4 +                    &
2160       ( -1.48526421e-03_wp ) *             d_tmrt  * pa4 +                    &
2161       ( -4.11469183e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa4 +                    &
2162       ( -6.80434415e-06_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa4 +                    &
2163       ( -9.77675906e-06_wp ) *             d_tmrt2 * pa4 +                    &
2164       (  8.82773108e-02_wp ) *                       pa5 +                    &
2165       ( -3.01859306e-03_wp ) * ta  *                 pa5 +                    &
2166       (  1.04452989e-03_wp ) *       va  *           pa5 +                    &
2167       (  2.47090539e-04_wp ) *             d_tmrt  * pa5 +                    &
2168       (  1.48348065e-03_wp ) *                       pa6
2169!
2170!-- Calculate 6th order polynomial as approximation
2171    utci_ij = ta + part_ta + part_va + part_d_tmrt + part_pa + part_pa2 +      &
2172        part_pa3 + part_pa46
2173!
2174!-- Consider offset in result
2175    utci_ij = utci_ij + offset
2176
2177 END SUBROUTINE calculate_utci_static
2178
2179
2180
2181
2182!------------------------------------------------------------------------------!
2183! Description:
2184! ------------
2185!> calculate_perct_static: Estimation of perceived temperature (PT, degree_C)
2186!> Value of perct is the Perceived Temperature, degree centigrade
2187!------------------------------------------------------------------------------!
2188 SUBROUTINE calculate_perct_static( ta, vp, ws, tmrt, pair, clo, perct_ij )
2189
2190    IMPLICIT NONE
2191!
2192!-- Type of input of the argument list
2193    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ta   !< Local air temperature (degC)
2194    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: vp   !< Local vapour pressure (hPa)
2195    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: tmrt !< Local mean radiant temperature (degC)
2196    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ws   !< Local wind velocitry (m/s)
2197    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pair !< Local barometric air pressure (hPa)
2198!
2199!-- Type of output of the argument list
2200    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: perct_ij  !< Perceived temperature (degC)
2201    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: clo       !< Clothing index (dimensionless)
2202!
2203!-- Parameters for standard "Klima-Michel"
2204    REAL(wp), PARAMETER :: eta = 0._wp  !< Mechanical work efficiency for walking on flat ground
2205                                        !< (compare to Fanger (1972) pp 24f)
2206    REAL(wp), PARAMETER :: actlev = 134.6862_wp  !< Workload by activity per standardized surface (A_Du)
2207!
2208!-- Type of program variables
2209    REAL(wp), PARAMETER :: eps = 0.0005  !< Accuracy in clothing insulation (clo) for evaluation the root of Fanger's PMV (pmva=0)
2210    REAL(wp) ::  sclo           !< summer clothing insulation
2211    REAL(wp) ::  wclo           !< winter clothing insulation
2212    REAL(wp) ::  d_pmv          !< PMV deviation (dimensionless --> PMV)
2213    REAL(wp) ::  svp_ta         !< saturation vapor pressure    (hPa)
2214    REAL(wp) ::  sult_lim       !< threshold for sultrieness    (hPa)
2215    REAL(wp) ::  dgtcm          !< Mean deviation dependent on perct
2216    REAL(wp) ::  dgtcstd        !< Mean deviation plus its standard deviation
2217    REAL(wp) ::  clon           !< clo for neutral conditions   (clo)
2218    REAL(wp) ::  ireq_minimal   !< Minimal required clothing insulation (clo)
2219    REAL(wp) ::  pmv_w          !< Fangers predicted mean vote for winter clothing
2220    REAL(wp) ::  pmv_s          !< Fangers predicted mean vote for summer clothing
2221    REAL(wp) ::  pmva           !< adjusted predicted mean vote
2222    REAL(wp) ::  ptc            !< perceived temp. for cold conditions (degree_C)
2223    REAL(wp) ::  d_std          !< factor to threshold for sultriness
2224    REAL(wp) ::  pmvs           !< pred. mean vote considering sultrieness
2225
2226    INTEGER(iwp) :: ncount      !< running index
2227    INTEGER(iwp) :: nerr_cold   !< error number (cold conditions)
2228    INTEGER(iwp) :: nerr        !< error number
2229
2230    LOGICAL :: sultrieness
2231!
2232!-- Initialise
2233    perct_ij = bio_fill_value
2234
2235    nerr     = 0_iwp
2236    ncount   = 0_iwp
2237    sultrieness  = .FALSE.
2238!
2239!-- Tresholds: clothing insulation (account for model inaccuracies)
2240!
2241!-- summer clothing
2242    sclo     = 0.44453_wp
2243!
2244!-- winter clothing
2245    wclo     = 1.76267_wp
2246!
2247!-- decision: firstly calculate for winter or summer clothing
2248    IF ( ta <= 10._wp )  THEN
2249!
2250!--    First guess: winter clothing insulation: cold stress
2251       clo = wclo
2252       CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2253       pmv_w = pmva
2254
2255       IF ( pmva > 0._wp )  THEN
2256!
2257!--       Case summer clothing insulation: heat load ?
2258          clo = sclo
2259          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2260          pmv_s = pmva
2261          IF ( pmva <= 0._wp )  THEN
2262!
2263!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
2264!--          Between winter and summer set values
2265             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,      &
2266                pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
2267             IF ( ncount < 0_iwp )  THEN
2268                nerr = -1_iwp
2269                RETURN
2270             ENDIF
2271          ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
2272             clo = 0.5_wp
2273             CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta,           &
2274                           pmva )
2275          ENDIF
2276       ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
2277          clo = 1.75_wp
2278          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2279       ENDIF
2280    ELSE
2281!
2282!--    First guess: summer clothing insulation: heat load
2283       clo = sclo
2284       CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2285       pmv_s = pmva
2286
2287       IF ( pmva < 0._wp )  THEN
2288!
2289!--       Case winter clothing insulation: cold stress ?
2290          clo = wclo
2291          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2292          pmv_w = pmva
2293
2294          IF ( pmva >= 0._wp )  THEN
2295!
2296!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
2297!--          between winter and summer set values
2298             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,      &
2299                               pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
2300             IF ( ncount < 0_iwp )  THEN
2301                nerr = -1_iwp
2302                RETURN
2303             ENDIF
2304          ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
2305             clo = 1.75_wp
2306             CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta,           &
2307                           pmva )
2308          ENDIF
2309       ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
2310          clo = 0.5_wp
2311          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2312       ENDIF
2313
2314    ENDIF
2315!
2316!-- Determine perceived temperature by regression equation + adjustments
2317    pmvs = pmva
2318    CALL perct_regression( pmva, clo, perct_ij )
2319    ptc = perct_ij
2320    IF ( clo >= 1.75_wp  .AND.  pmva <= -0.11_wp )  THEN
2321!
2322!--    Adjust for cold conditions according to Gagge 1986
2323       CALL dpmv_cold ( pmva, ta, ws, tmrt, nerr_cold, d_pmv )
2324       IF ( nerr_cold > 0_iwp )  nerr = -5_iwp
2325       pmvs = pmva - d_pmv
2326       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
2327          d_pmv  = 0._wp
2328          pmvs   = -0.11_wp
2329       ENDIF
2330       CALL perct_regression( pmvs, clo, perct_ij )
2331    ENDIF
2332!     clo_fanger = clo
2333    clon = clo
2334    IF ( clo > 0.5_wp  .AND.  perct_ij <= 8.73_wp )  THEN
2335!
2336!--    Required clothing insulation (ireq) is exclusively defined for
2337!--    perceived temperatures (perct) less 10 (C) for a
2338!--    reference wind of 0.2 m/s according to 8.73 (C) for 0.1 m/s
2339       clon = ireq_neutral ( perct_ij, ireq_minimal, nerr )
2340       clo = clon
2341    ENDIF
2342    CALL calc_sultr( ptc, dgtcm, dgtcstd, sult_lim )
2343    sultrieness    = .FALSE.
2344    d_std = -99._wp
2345    IF ( pmva > 0.06_wp  .AND.  clo <= 0.5_wp )  THEN
2346!
2347!--    Adjust for warm/humid conditions according to Gagge 1986
2348       CALL saturation_vapor_pressure ( ta, svp_ta )
2349       d_pmv  = deltapmv ( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
2350       pmvs   = pmva + d_pmv
2351       CALL perct_regression( pmvs, clo, perct_ij )
2352       IF ( sult_lim < 99._wp )  THEN
2353          IF ( (perct_ij - ptc) > sult_lim )  sultrieness = .TRUE.
2354!
2355!--       Set factor to threshold for sultriness
2356          IF ( ABS( dgtcstd ) > 0.00001_wp )  THEN
2357             d_std = ( ( perct_ij - ptc ) - dgtcm ) / dgtcstd
2358          ENDIF
2359       ENDIF
2360    ENDIF
2361
2362 END SUBROUTINE calculate_perct_static
2363
2364!------------------------------------------------------------------------------!
2365! Description:
2366! ------------
2367!> The SUBROUTINE calculates the (saturation) water vapour pressure
2368!> (hPa = hecto Pascal) for a given temperature ta (degC).
2369!> 'ta' can be the air temperature or the dew point temperature. The first will
2370!> result in the current vapor pressure (hPa), the latter will calulate the
2371!> saturation vapor pressure (hPa).
2372!------------------------------------------------------------------------------!
2373 SUBROUTINE saturation_vapor_pressure( ta, svp_ta )
2374
2375    IMPLICIT NONE
2376
2377    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta     !< ambient air temperature (degC)
2378    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  svp_ta !< water vapour pressure (hPa)
2379
2380    REAL(wp)      ::  b
2381    REAL(wp)      ::  c
2382
2383
2384    IF ( ta < 0._wp )  THEN
2385!
2386!--    ta  < 0 (degC): water vapour pressure over ice
2387       b = 17.84362_wp
2388       c = 245.425_wp
2389    ELSE
2390!
2391!--    ta >= 0 (degC): water vapour pressure over water
2392       b = 17.08085_wp
2393       c = 234.175_wp
2394    ENDIF
2395!
2396!-- Saturation water vapour pressure
2397    svp_ta = 6.1078_wp * EXP( b * ta / ( c + ta ) )
2398
2399 END SUBROUTINE saturation_vapor_pressure
2400
2401!------------------------------------------------------------------------------!
2402! Description:
2403! ------------
2404!> Find the clothing insulation value clo_res (clo) to make Fanger's Predicted
2405!> Mean Vote (PMV) equal comfort (pmva=0) for actual meteorological conditions
2406!> (ta,tmrt, vp, ws, pair) and values of individual's activity level
2407!------------------------------------------------------------------------------!
2408 SUBROUTINE iso_ridder( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,             &
2409                       pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, nerr,               &
2410                       clo_res )
2411
2412    IMPLICIT NONE
2413!
2414!-- Input variables of argument list:
2415    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ta       !< Ambient temperature (degC)
2416    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: tmrt     !< Mean radiant temperature (degC)
2417    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: vp       !< Water vapour pressure (hPa)
2418    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ws       !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
2419    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pair     !< Barometric air pressure (hPa)
2420    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: actlev   !< Individuals activity level per unit surface area (W/m2)
2421    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: eta      !< Individuals work efficiency (dimensionless)
2422    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: sclo     !< Lower threshold of bracketing clothing insulation (clo)
2423    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: wclo     !< Upper threshold of bracketing clothing insulation (clo)
2424    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: eps      !< (0.05) accuracy in clothing insulation (clo) for
2425!                                          evaluation the root of Fanger's PMV (pmva=0)
2426    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pmv_w    !< Fanger's PMV corresponding to wclo
2427    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pmv_s    !< Fanger's PMV corresponding to sclo
2428!
2429!-- Output variables of argument list:
2430    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: pmva     !< 0 (set to zero, because clo is evaluated for comfort)
2431    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: clo_res  !< Resulting clothing insulation value (clo)
2432    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) :: nerr !< Error status / quality flag
2433                                         !< nerr >= 0, o.k., and nerr is the number of iterations for convergence
2434                                         !< nerr = -1: error = malfunction of Ridder's convergence method
2435                                         !< nerr = -2: error = maximum iterations (max_iteration) exceeded
2436                                         !< nerr = -3: error = root not bracketed between sclo and wclo
2437!
2438!-- Type of program variables
2439    INTEGER(iwp), PARAMETER  ::  max_iteration = 15_iwp       !< max number of iterations
2440    REAL(wp),     PARAMETER  ::  guess_0       = -1.11e30_wp  !< initial guess
2441    REAL(wp) ::  x_ridder    !< current guess for clothing insulation   (clo)
2442    REAL(wp) ::  clo_lower   !< lower limit of clothing insulation      (clo)
2443    REAL(wp) ::  clo_upper   !< upper limit of clothing insulation      (clo)
2444    REAL(wp) ::  x_lower     !< lower guess for clothing insulation     (clo)
2445    REAL(wp) ::  x_upper     !< upper guess for clothing insulation     (clo)
2446    REAL(wp) ::  x_average   !< average of x_lower and x_upper          (clo)
2447    REAL(wp) ::  x_new       !< preliminary result for clothing insulation (clo)
2448    REAL(wp) ::  y_lower     !< predicted mean vote for summer clothing
2449    REAL(wp) ::  y_upper     !< predicted mean vote for winter clothing
2450    REAL(wp) ::  y_average   !< average of y_lower and y_upper
2451    REAL(wp) ::  y_new       !< preliminary result for pred. mean vote
2452    REAL(wp) ::  sroot       !< sqrt of PMV-guess
2453    INTEGER(iwp) ::  j       !< running index
2454!
2455!-- Initialise
2456    nerr    = 0_iwp
2457!
2458!-- Set pmva = 0 (comfort): Root of PMV depending on clothing insulation
2459    x_ridder    = bio_fill_value
2460    pmva        = 0._wp
2461    clo_lower   = sclo
2462    y_lower     = pmv_s
2463    clo_upper   = wclo
2464    y_upper     = pmv_w
2465    IF ( ( y_lower > 0._wp  .AND.  y_upper < 0._wp )  .OR.                     &
2466         ( y_lower < 0._wp  .AND.  y_upper > 0._wp ) )  THEN
2467       x_lower  = clo_lower
2468       x_upper  = clo_upper
2469       x_ridder = guess_0
2470
2471       DO  j = 1_iwp, max_iteration
2472          x_average = 0.5_wp * ( x_lower + x_upper )
2473          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, x_average, actlev, eta,        &
2474                        y_average )
2475          sroot = SQRT( y_average**2 - y_lower * y_upper )
2476          IF ( ABS( sroot ) < 0.00001_wp )  THEN
2477             clo_res = x_average
2478             nerr = j
2479             RETURN
2480          ENDIF
2481          x_new = x_average + ( x_average - x_lower ) *                        &
2482                      ( SIGN ( 1._wp, y_lower - y_upper ) * y_average / sroot )
2483          IF ( ABS( x_new - x_ridder ) <= eps )  THEN
2484             clo_res = x_ridder
2485             nerr       = j
2486             RETURN
2487          ENDIF
2488          x_ridder = x_new
2489          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, x_ridder, actlev, eta,         &
2490                        y_new )
2491          IF ( ABS( y_new ) < 0.00001_wp )  THEN
2492             clo_res = x_ridder
2493             nerr       = j
2494             RETURN
2495          ENDIF
2496          IF ( ABS( SIGN( y_average, y_new ) - y_average ) > 0.00001_wp )  THEN
2497             x_lower = x_average
2498             y_lower = y_average
2499             x_upper  = x_ridder
2500             y_upper  = y_new
2501          ELSE IF ( ABS( SIGN( y_lower, y_new ) - y_lower ) > 0.00001_wp )  THEN
2502             x_upper  = x_ridder
2503             y_upper  = y_new
2504          ELSE IF ( ABS( SIGN( y_upper, y_new ) - y_upper ) > 0.00001_wp )  THEN
2505             x_lower = x_ridder
2506             y_lower = y_new
2507          ELSE
2508!
2509!--          Never get here in x_ridder: singularity in y
2510             nerr    = -1_iwp
2511             clo_res = x_ridder
2512             RETURN
2513          ENDIF
2514          IF ( ABS( x_upper - x_lower ) <= eps )  THEN
2515             clo_res = x_ridder
2516             nerr    = j
2517             RETURN
2518          ENDIF
2519       ENDDO
2520!
2521!--    x_ridder exceed maximum iterations
2522       nerr       = -2_iwp
2523       clo_res = y_new
2524       RETURN
2525    ELSE IF ( ABS( y_lower ) < 0.00001_wp )  THEN
2526       x_ridder = clo_lower
2527    ELSE IF ( ABS( y_upper ) < 0.00001_wp )  THEN
2528       x_ridder = clo_upper
2529    ELSE
2530!
2531!--    x_ridder not bracketed by u_clo and o_clo
2532       nerr = -3_iwp
2533       clo_res = x_ridder
2534       RETURN
2535    ENDIF
2536
2537 END SUBROUTINE iso_ridder
2538
2539!------------------------------------------------------------------------------!
2540! Description:
2541! ------------
2542!> Regression relations between perceived temperature (perct) and (adjusted)
2543!> PMV. The regression presumes the Klima-Michel settings for reference
2544!> individual and reference environment.
2545!------------------------------------------------------------------------------!
2546 SUBROUTINE perct_regression( pmv, clo, perct_ij )
2547
2548    IMPLICIT NONE
2549
2550    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pmv   !< Fangers predicted mean vote (dimensionless)
2551    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  clo   !< clothing insulation index (clo)
2552
2553    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  perct_ij   !< perct (degC) corresponding to given PMV / clo
2554
2555    IF ( pmv <= -0.11_wp )  THEN
2556       perct_ij = 5.805_wp + 12.6784_wp * pmv
2557    ELSE
2558       IF ( pmv >= + 0.01_wp )  THEN
2559          perct_ij = 16.826_wp + 6.163_wp * pmv
2560       ELSE
2561          perct_ij = 21.258_wp - 9.558_wp * clo
2562       ENDIF
2563    ENDIF
2564
2565 END SUBROUTINE perct_regression
2566
2567!------------------------------------------------------------------------------!
2568! Description:
2569! ------------
2570!> FANGER.F90
2571!>
2572!> SI-VERSION: ACTLEV W m-2, DAMPFDRUCK hPa
2573!> Berechnet das aktuelle Predicted Mean Vote nach Fanger
2574!>
2575!> The case of free convection (ws < 0.1 m/s) is dealt with ws = 0.1 m/s
2576!------------------------------------------------------------------------------!
2577 SUBROUTINE fanger( ta, tmrt, pa, in_ws, pair, in_clo, actlev, eta, pmva )
2578
2579    IMPLICIT NONE
2580!
2581!-- Input variables of argument list:
2582    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  ta       !< Ambient air temperature (degC)
2583    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  tmrt     !< Mean radiant temperature (degC)
2584    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pa       !< Water vapour pressure (hPa)
2585    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pair     !< Barometric pressure (hPa) at site
2586    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  in_ws    !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
2587    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  in_clo   !< Clothing insulation (clo)
2588    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  actlev   !< Individuals activity level per unit surface area (W/m2)
2589    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  eta      !< Individuals mechanical work efficiency (dimensionless)
2590!
2591!-- Output variables of argument list:
2592    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  pmva    !< Actual Predicted Mean Vote (PMV,
2593                                         !< dimensionless) according to Fanger corresponding to meteorological
2594                                         !< (ta,tmrt,pa,ws,pair) and individual variables (clo, actlev, eta)
2595!
2596!-- Internal variables
2597    REAL(wp) ::  f_cl         !< Increase in surface due to clothing    (factor)
2598    REAL(wp) ::  heat_convection  !< energy loss by autocnvection       (W)
2599    REAL(wp) ::  activity     !< persons activity  (must stay == actlev, W)
2600    REAL(wp) ::  t_skin_aver  !< average skin temperature               (degree_C)
2601    REAL(wp) ::  bc           !< preliminary result storage
2602    REAL(wp) ::  cc           !< preliminary result storage
2603    REAL(wp) ::  dc           !< preliminary result storage
2604    REAL(wp) ::  ec           !< preliminary result storage
2605    REAL(wp) ::  gc           !< preliminary result storage
2606    REAL(wp) ::  t_clothing   !< clothing temperature                   (degree_C)
2607    REAL(wp) ::  hr           !< radiational heat resistence
2608    REAL(wp) ::  clo          !< clothing insulation index              (clo)
2609    REAL(wp) ::  ws           !< wind speed                             (m/s)
2610    REAL(wp) ::  z1           !< Empiric factor for the adaption of the heat
2611                              !< ballance equation to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
2612    REAL(wp) ::  z2           !< Water vapour diffution through the skin
2613    REAL(wp) ::  z3           !< Sweat evaporation from the skin surface
2614    REAL(wp) ::  z4           !< Loss of latent heat through respiration
2615    REAL(wp) ::  z5           !< Loss of radiational heat
2616    REAL(wp) ::  z6           !< Heat loss through forced convection
2617    INTEGER(iwp) :: i         !< running index
2618!
2619!-- Clo must be > 0. to avoid div. by 0!
2620    clo = in_clo
2621    IF ( clo <= 0._wp )  clo = .001_wp
2622!
2623!-- f_cl = Increase in surface due to clothing
2624    f_cl = 1._wp + .15_wp * clo
2625!
2626!-- Case of free convection (ws < 0.1 m/s ) not considered
2627    ws = in_ws
2628    IF ( ws < .1_wp )  THEN
2629       ws = .1_wp
2630    ENDIF
2631!
2632!-- Heat_convection = forced convection
2633    heat_convection = 12.1_wp * SQRT( ws * pair / 1013.25_wp )
2634!
2635!-- Activity = inner heat produktion per standardized surface
2636    activity = actlev * ( 1._wp - eta )
2637!
2638!-- T_skin_aver = average skin temperature
2639    t_skin_aver = 35.7_wp - .0275_wp * activity
2640!
2641!-- Calculation of constants for evaluation below
2642    bc = .155_wp * clo * 3.96_wp * 10._wp**( -8 ) * f_cl
2643    cc = f_cl * heat_convection
2644    ec = .155_wp * clo
2645    dc = ( 1._wp + ec * cc ) / bc
2646    gc = ( t_skin_aver + bc * ( tmrt + degc_to_k )**4 + ec * cc * ta ) / bc
2647!
2648!-- Calculation of clothing surface temperature (t_clothing) based on
2649!-- Newton-approximation with air temperature as initial guess
2650    t_clothing = ta
2651    DO  i = 1, 3
2652       t_clothing = t_clothing - ( ( t_clothing + degc_to_k )**4 + t_clothing  &
2653          * dc - gc ) / ( 4._wp * ( t_clothing + degc_to_k )**3 + dc )
2654    ENDDO
2655!
2656!-- Empiric factor for the adaption of the heat ballance equation
2657!-- to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
2658    z1 = ( .303_wp * EXP( -.036_wp * actlev ) + .0275_wp )
2659!
2660!-- Water vapour diffution through the skin
2661    z2 = .31_wp * ( 57.3_wp - .07_wp * activity-pa )
2662!
2663!-- Sweat evaporation from the skin surface
2664    z3 = .42_wp * ( activity - 58._wp )
2665!
2666!-- Loss of latent heat through respiration
2667    z4 = .0017_wp * actlev * ( 58.7_wp - pa ) + .0014_wp * actlev *            &
2668      ( 34._wp - ta )
2669!
2670!-- Loss of radiational heat
2671    z5 = 3.96e-8_wp * f_cl * ( ( t_clothing + degc_to_k )**4 - ( tmrt +        &
2672       degc_to_k )**4 )
2673    IF ( ABS( t_clothing - tmrt ) > 0._wp )  THEN
2674       hr = z5 / f_cl / ( t_clothing - tmrt )
2675    ELSE
2676       hr = 0._wp
2677    ENDIF
2678!
2679!-- Heat loss through forced convection cc*(t_clothing-TT)
2680    z6 = cc * ( t_clothing - ta )
2681!
2682!-- Predicted Mean Vote
2683    pmva = z1 * ( activity - z2 - z3 - z4 - z5 - z6 )
2684
2685 END SUBROUTINE fanger
2686
2687!------------------------------------------------------------------------------!
2688! Description:
2689! ------------
2690!> For pmva > 0 and clo =0.5 the increment (deltapmv) is calculated
2691!> that converts pmva into Gagge's et al. (1986) PMV*.
2692!------------------------------------------------------------------------------!
2693 REAL(wp) FUNCTION deltapmv( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
2694
2695    IMPLICIT NONE
2696
2697!
2698!-- Input variables of argument list:
2699    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: pmva     !< Actual Predicted Mean Vote (PMV) according to Fanger
2700    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: ta       !< Ambient temperature (degC) at screen level
2701    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: vp       !< Water vapour pressure (hPa) at screen level
2702    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: svp_ta   !< Saturation water vapour pressure (hPa) at ta
2703    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: tmrt     !< Mean radiant temperature (degC) at screen level
2704    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: ws       !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
2705
2706!
2707!-- Output variables of argument list:
2708    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) :: nerr     !< Error status / quality flag
2709                                             !<  0 = o.k.
2710                                             !< -2 = pmva outside valid regression range
2711                                             !< -3 = rel. humidity set to 5 % or 95 %, respectively
2712                                             !< -4 = deltapmv set to avoid pmvs < 0
2713
2714!
2715!-- Internal variables:
2716    REAL(wp) ::  pmv          !< temp storage og predicted mean vote
2717    REAL(wp) ::  pa_p50       !< ratio actual water vapour pressure to that of relative humidity of 50 %
2718    REAL(wp) ::  pa           !< vapor pressure (hPa) with hard bounds
2719    REAL(wp) ::  apa          !< natural logarithm of pa (with hard lower border)
2720    REAL(wp) ::  dapa         !< difference of apa and pa_p50
2721    REAL(wp) ::  sqvel        !< square root of local wind velocity
2722    REAL(wp) ::  dtmrt        !< difference mean radiation to air temperature
2723    REAL(wp) ::  p10          !< lower bound for pa
2724    REAL(wp) ::  p95          !< upper bound for pa
2725    REAL(wp) ::  weight       !<
2726    REAL(wp) ::  weight2      !<
2727    REAL(wp) ::  dpmv_1       !<
2728    REAL(wp) ::  dpmv_2       !<
2729    REAL(wp) ::  pmvs         !<
2730    INTEGER(iwp) :: nreg      !<
2731
2732!
2733!-- Regression coefficients:
2734    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpmv = (/                          &
2735     -0.0556602_wp, -0.1528680_wp, -0.2336104_wp, -0.2789387_wp,               &
2736     -0.3551048_wp, -0.4304076_wp, -0.4884961_wp, -0.4897495_wp /)
2737
2738    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpa_p50 = (/                       &
2739     -0.1607154_wp, -0.4177296_wp, -0.4120541_wp, -0.0886564_wp,               &
2740      0.4285938_wp,  0.6281256_wp,  0.5067361_wp,  0.3965169_wp /)
2741
2742    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpa = (/                           &
2743      0.0580284_wp,  0.0836264_wp,  0.1009919_wp,  0.1020777_wp,               &
2744      0.0898681_wp,  0.0839116_wp,  0.0853258_wp,  0.0866589_wp /)
2745
2746    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bapa = (/                          &
2747     -1.7838788_wp, -2.9306231_wp, -1.6350334_wp,   0.6211547_wp,              &
2748      3.3918083_wp,  5.5521025_wp,  8.4897418_wp,  16.6265851_wp /)
2749
2750    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bdapa = (/                         &
2751      1.6752720_wp,  2.7379504_wp,  1.2940526_wp,  -1.0985759_wp,              &
2752     -3.9054732_wp, -6.0403012_wp, -8.9437119_wp, -17.0671201_wp /)
2753
2754    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bsqvel = (/                        &
2755     -0.0315598_wp, -0.0286272_wp, -0.0009228_wp,  0.0483344_wp,               &
2756      0.0992366_wp,  0.1491379_wp,  0.1951452_wp,  0.2133949_wp /)
2757
2758    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bta = (/                           &
2759      0.0953986_wp,  0.1524760_wp,  0.0564241_wp, -0.0893253_wp,               &
2760     -0.2398868_wp, -0.3515237_wp, -0.5095144_wp, -0.9469258_wp /)
2761
2762    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bdtmrt = (/                        &
2763     -0.0004672_wp, -0.0000514_wp, -0.0018037_wp, -0.0049440_wp,               &
2764     -0.0069036_wp, -0.0075844_wp, -0.0079602_wp, -0.0089439_wp /)
2765
2766    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  aconst = (/                        &
2767      1.8686215_wp,  3.4260713_wp,   2.0116185_wp,  -0.7777552_wp,             &
2768     -4.6715853_wp, -7.7314281_wp, -11.7602578_wp, -23.5934198_wp /)
2769
2770
2771!
2772!-- Test for compliance with regression range
2773    IF ( pmva < -1.0_wp  .OR.  pmva > 7.0_wp )  THEN
2774       nerr = -2_iwp
2775    ELSE
2776       nerr = 0_iwp
2777    ENDIF
2778!
2779!-- Initialise classic PMV
2780    pmv  = pmva
2781!
2782!-- Water vapour pressure of air
2783    p10  = 0.05_wp * svp_ta
2784    p95  = 1.00_wp * svp_ta
2785    IF ( vp >= p10  .AND.  vp <= p95 )  THEN
2786       pa = vp
2787    ELSE
2788       nerr = -3_iwp
2789       IF ( vp < p10 )  THEN
2790!
2791!--       Due to conditions of regression: r.H. >= 5 %
2792          pa = p10
2793       ELSE
2794!
2795!--       Due to conditions of regression: r.H. <= 95 %
2796          pa = p95
2797       ENDIF
2798    ENDIF
2799    IF ( pa > 0._wp )  THEN
2800!
2801!--    Natural logarithm of pa
2802       apa = LOG( pa )
2803    ELSE
2804       apa = -5._wp
2805    ENDIF
2806!
2807!-- Ratio actual water vapour pressure to that of a r.H. of 50 %
2808    pa_p50   = 0.5_wp * svp_ta
2809    IF ( pa_p50 > 0._wp  .AND.  pa > 0._wp )  THEN
2810       dapa   = apa - LOG( pa_p50 )
2811       pa_p50 = pa / pa_p50
2812    ELSE
2813       dapa   = -5._wp
2814       pa_p50 = 0._wp
2815    ENDIF
2816!
2817!-- Square root of wind velocity
2818    IF ( ws >= 0._wp )  THEN
2819       sqvel = SQRT( ws )
2820    ELSE
2821       sqvel = 0._wp
2822    ENDIF
2823!
2824!-- Difference mean radiation to air temperature
2825    dtmrt = tmrt - ta
2826!
2827!-- Select the valid regression coefficients
2828    nreg = INT( pmv )
2829    IF ( nreg < 0_iwp )  THEN
2830!
2831!--    value of the FUNCTION in the case pmv <= -1
2832       deltapmv = 0._wp
2833       RETURN
2834    ENDIF
2835    weight = MOD ( pmv, 1._wp )
2836    IF ( weight < 0._wp )  weight = 0._wp
2837    IF ( nreg > 5_iwp )  THEN
2838       nreg  = 5_iwp
2839       weight   = pmv - 5._wp
2840       weight2  = pmv - 6._wp
2841       IF ( weight2 > 0_iwp )  THEN
2842          weight = ( weight - weight2 ) / weight
2843       ENDIF
2844    ENDIF
2845!
2846!-- Regression valid for 0. <= pmv <= 6., bounds are checked above
2847    dpmv_1 =                                                                   &
2848       + bpa(nreg) * pa                                                        &
2849       + bpmv(nreg) * pmv                                                      &
2850       + bapa(nreg) * apa                                                      &
2851       + bta(nreg) * ta                                                        &
2852       + bdtmrt(nreg) * dtmrt                                                  &
2853       + bdapa(nreg) * dapa                                                    &
2854       + bsqvel(nreg) * sqvel                                                  &
2855       + bpa_p50(nreg) * pa_p50                                                &
2856       + aconst(nreg)
2857
2858!    dpmv_2 = 0._wp
2859!    IF ( nreg < 6_iwp )  THEN  !< nreg is always <= 5, see above
2860    dpmv_2 =                                                                   &
2861       + bpa(nreg+1_iwp)     * pa                                              &
2862       + bpmv(nreg+1_iwp)    * pmv                                             &
2863       + bapa(nreg+1_iwp)    * apa                                             &
2864       + bta(nreg+1_iwp)     * ta                                              &
2865       + bdtmrt(nreg+1_iwp)  * dtmrt                                           &
2866       + bdapa(nreg+1_iwp)   * dapa                                            &
2867       + bsqvel(nreg+1_iwp)  * sqvel                                           &
2868       + bpa_p50(nreg+1_iwp) * pa_p50                                          &
2869       + aconst(nreg+1_iwp)
2870!    ENDIF
2871!
2872!-- Calculate pmv modification
2873    deltapmv = ( 1._wp - weight ) * dpmv_1 + weight * dpmv_2
2874    pmvs = pmva + deltapmv
2875    IF ( ( pmvs ) < 0._wp )  THEN
2876!
2877!--    Prevent negative pmv* due to problems with clothing insulation
2878       nerr = -4_iwp
2879       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
2880!
2881!--       Threshold from perct_regression for winter clothing insulation
2882          deltapmv = deltapmv + 0.11_wp
2883       ELSE
2884!
2885!--       Set pmvs to "0" for compliance with summer clothing insulation
2886          deltapmv = -1._wp * pmva
2887       ENDIF
2888    ENDIF
2889
2890 END FUNCTION deltapmv
2891
2892!------------------------------------------------------------------------------!
2893! Description:
2894! ------------
2895!> The subroutine "calc_sultr" returns a threshold value to perceived
2896!> temperature allowing to decide whether the actual perceived temperature
2897!> is linked to perecption of sultriness. The threshold values depends
2898!> on the Fanger's classical PMV, expressed here as perceived temperature
2899!> perct.
2900!------------------------------------------------------------------------------!
2901 SUBROUTINE calc_sultr( perct_ij, dperctm, dperctstd, sultr_res )
2902
2903    IMPLICIT NONE
2904!
2905!-- Input of the argument list:
2906    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  perct_ij      !< Classical perceived temperature: Base is Fanger's PMV
2907!
2908!-- Additional output variables of argument list:
2909    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  dperctm    !< Mean deviation perct (classical gt) to gt* (rational gt
2910                                            !< calculated based on Gagge's rational PMV*)
2911    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  dperctstd  !< dperctm plus its standard deviation times a factor
2912                                            !< determining the significance to perceive sultriness
2913    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  sultr_res
2914!
2915!-- Types of coefficients mean deviation: third order polynomial
2916    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctka =  7.5776086_wp
2917    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkb = -0.740603_wp
2918    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkc =  0.0213324_wp
2919    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkd = -0.00027797237_wp
2920!
2921!-- Types of coefficients mean deviation plus standard deviation
2922!-- regression coefficients: third order polynomial
2923    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsa =  0.0268918_wp
2924    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsb =  0.0465957_wp
2925    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsc = -0.00054709752_wp
2926    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsd =  0.0000063714823_wp
2927!
2928!-- Factor to mean standard deviation defining SIGNificance for
2929!-- sultriness
2930    REAL(wp), PARAMETER :: faktor = 1._wp
2931!
2932!-- Initialise
2933    sultr_res = 99._wp
2934    dperctm   = 0._wp
2935    dperctstd = 999999._wp
2936
2937    IF ( perct_ij < 16.826_wp  .OR.  perct_ij > 56._wp )  THEN
2938!
2939!--    Unallowed value of classical perct!
2940       RETURN
2941    ENDIF
2942!
2943!-- Mean deviation dependent on perct
2944    dperctm = dperctka + dperctkb * perct_ij + dperctkc * perct_ij**2._wp +    &
2945       dperctkd * perct_ij**3._wp
2946!
2947!-- Mean deviation plus its standard deviation
2948    dperctstd = dperctsa + dperctsb * perct_ij + dperctsc * perct_ij**2._wp +  &
2949       dperctsd * perct_ij**3._wp
2950!
2951!-- Value of the FUNCTION
2952    sultr_res = dperctm + faktor * dperctstd
2953    IF ( ABS( sultr_res ) > 99._wp )  sultr_res = +99._wp
2954
2955 END SUBROUTINE calc_sultr
2956
2957!------------------------------------------------------------------------------!
2958! Description:
2959! ------------
2960!> Multiple linear regression to calculate an increment delta_cold,
2961!> to adjust Fanger's classical PMV (pmva) by Gagge's 2 node model,
2962!> applying Fanger's convective heat transfer coefficient, hcf.
2963!> Wind velocitiy of the reference environment is 0.10 m/s
2964!------------------------------------------------------------------------------!
2965 SUBROUTINE dpmv_cold( pmva, ta, ws, tmrt, nerr, dpmv_cold_res )
2966
2967    IMPLICIT NONE
2968!
2969!-- Type of input arguments
2970    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pmva   !< Fanger's classical predicted mean vote
2971    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  ta     !< Air temperature 2 m above ground (degC)
2972    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  ws     !< Relative wind velocity 1 m above ground (m/s)
2973    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  tmrt   !< Mean radiant temperature (degC)
2974!
2975!-- Type of output argument
2976    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) ::  nerr !< Error indicator: 0 = o.k., +1 = denominator for intersection = 0
2977    REAL(wp),     INTENT ( OUT ) ::  dpmv_cold_res    !< Increment to adjust pmva according to the results of Gagge's
2978                                                      !< 2 node model depending on the input
2979!
2980!-- Type of program variables
2981    REAL(wp) ::  delta_cold(3)
2982    REAL(wp) ::  pmv_cross(2)
2983    REAL(wp) ::  reg_a(3)
2984    REAL(wp) ::  r_denominator  !< the regression equations denominator
2985    REAL(wp) ::  dtmrt          !< delta mean radiant temperature
2986    REAL(wp) ::  sqrt_ws        !< sqare root of wind speed
2987    INTEGER(iwp) ::  i          !< running index
2988    INTEGER(iwp) ::  i_bin      !< result row number
2989
2990!    REAL(wp) ::  coeff(3,5)  !< unsafe! array is (re-)writable!
2991!    coeff(1,1:5) =                                                             &
2992!       (/ +0.161_wp,   +0.130_wp, -1.125E-03_wp, +1.106E-03_wp, -4.570E-04_wp /)
2993!    coeff(2,1:5) =                                                             &
2994!       (/  0.795_wp,    0.713_wp, -8.880E-03_wp, -1.803E-03_wp, -2.816E-03_wp /)
2995!    coeff(3,1:5) =                                                             &
2996!       (/ +0.05761_wp, +0.458_wp, -1.829E-02_wp, -5.577E-03_wp, -1.970E-03_wp /)
2997
2998!
2999!-- Coefficient of the 3 regression lines:
3000!      1:const      2:*pmva    3:*ta          4:*sqrt_ws     5:*dtmrt
3001    REAL(wp), DIMENSION(1:3,1:5), PARAMETER ::  coeff = RESHAPE( (/            &
3002        0.161_wp,   0.130_wp, -1.125E-03_wp,  1.106E-03_wp, -4.570E-04_wp,     &
3003        0.795_wp,   0.713_wp, -8.880E-03_wp, -1.803E-03_wp, -2.816E-03_wp,     &
3004        0.05761_wp, 0.458_wp, -1.829E-02_wp, -5.577E-03_wp, -1.970E-03_wp      &
3005       /), SHAPE(coeff), order=(/ 2, 1 /) )
3006!
3007!-- Initialise
3008    nerr           = 0_iwp
3009    dpmv_cold_res  = 0._wp
3010    dtmrt          = tmrt - ta
3011    sqrt_ws        = ws
3012    IF ( sqrt_ws < 0.1_wp )  THEN
3013       sqrt_ws = 0.1_wp
3014    ELSE
3015       sqrt_ws = SQRT( sqrt_ws )
3016    ENDIF
3017
3018    delta_cold = 0._wp
3019    pmv_cross = pmva
3020
3021!
3022!-- Determine regression constant for given meteorological conditions
3023    DO  i = 1, 3
3024       reg_a(i) = coeff(i,1) + coeff(i,3) * ta + coeff(i,4) *                  &
3025                  sqrt_ws + coeff(i,5)*dtmrt
3026       delta_cold(i) = reg_a(i) + coeff(i,2) * pmva
3027    ENDDO
3028!
3029!-- Intersection points of regression lines in terms of Fanger's PMV
3030    DO  i = 1, 2
3031       r_denominator = coeff(i,2) - coeff(i+1,2)
3032       IF ( ABS( r_denominator ) > 0.00001_wp )  THEN
3033          pmv_cross(i) = ( reg_a(i+1) - reg_a(i) ) / r_denominator
3034       ELSE
3035          nerr = 1_iwp
3036          RETURN
3037       ENDIF
3038    ENDDO
3039!
3040!-- Select result row number
3041    i_bin = 3
3042    DO  i = 1, 2
3043       IF ( pmva > pmv_cross(i) )  THEN
3044          i_bin = i
3045          EXIT
3046       ENDIF
3047    ENDDO
3048!
3049!-- Adjust to operative temperature scaled according
3050!-- to classical PMV (Fanger)
3051    dpmv_cold_res = delta_cold(i_bin) - dpmv_cold_adj(pmva)
3052
3053 END SUBROUTINE dpmv_cold
3054
3055!------------------------------------------------------------------------------!
3056! Description:
3057! ------------
3058!> Calculates the summand dpmv_cold_adj adjusting to the operative temperature
3059!> scaled according to classical PMV (Fanger) for cold conditions.
3060!> Valid for reference environment: v (1m) = 0.10 m/s, dTMRT = 0 K, r.h. = 50 %
3061!------------------------------------------------------------------------------!
3062 REAL(wp) FUNCTION dpmv_cold_adj( pmva )
3063
3064    IMPLICIT NONE
3065
3066    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pmva        !< (adjusted) Predicted Mean Vote
3067
3068    REAL(wp)      ::  pmv     !< pmv-part of the regression
3069    INTEGER(iwp)  ::  i       !< running index
3070    INTEGER(iwp)  ::  thr     !< thermal range
3071!
3072!-- Provide regression coefficients for three thermal ranges:
3073!--    slightly cold  cold           very cold
3074    REAL(wp), DIMENSION(1:3,0:3), PARAMETER ::  coef = RESHAPE( (/             &
3075       0.0941540_wp, -0.1506620_wp, -0.0871439_wp,                             &
3076       0.0783162_wp, -1.0612651_wp,  0.1695040_wp,                             &
3077       0.1350144_wp, -1.0049144_wp, -0.0167627_wp,                             &
3078       0.1104037_wp, -0.2005277_wp, -0.0003230_wp                              &
3079       /), SHAPE(coef), order=(/ 2, 1 /) )
3080!
3081!-- Select thermal range
3082    IF ( pmva <= -2.1226_wp )  THEN     !< very cold
3083       thr = 3_iwp
3084    ELSE IF ( pmva <= -1.28_wp )  THEN  !< cold
3085       thr = 2_iwp
3086    ELSE                                !< slightly cold
3087       thr = 1_iwp
3088    ENDIF
3089!
3090!-- Initialize
3091    dpmv_cold_adj = coef(thr,0)
3092    pmv           = 1._wp
3093!
3094!-- Calculate pmv adjustment (dpmv_cold_adj)
3095    DO  i = 1, 3
3096       pmv           = pmv * pmva
3097       dpmv_cold_adj = dpmv_cold_adj + coef(thr,i) * pmv
3098    ENDDO
3099
3100    RETURN
3101 END FUNCTION dpmv_cold_adj
3102
3103!------------------------------------------------------------------------------!
3104! Description:
3105! ------------
3106!> Based on perceived temperature (perct) as input, ireq_neutral determines
3107!> the required clothing insulation (clo) for thermally neutral conditions
3108!> (neither body cooling nor body heating). It is related to the Klima-
3109!> Michel activity level (134.682 W/m2). IREQ_neutral is only defined
3110!> for perct < 10 (degC)
3111!------------------------------------------------------------------------------!
3112 REAL(wp) FUNCTION ireq_neutral( perct_ij, ireq_minimal, nerr )
3113
3114    IMPLICIT NONE
3115!
3116!-- Type declaration of arguments
3117    REAL(wp),     INTENT ( IN )  ::  perct_ij
3118    REAL(wp),     INTENT ( OUT ) ::  ireq_minimal
3119    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) ::  nerr
3120!
3121!-- Type declaration for internal varables
3122    REAL(wp)                     ::  perct02
3123!
3124!-- Initialise
3125    nerr = 0_iwp
3126!
3127!-- Convert perceived temperature from basis 0.1 m/s to basis 0.2 m/s
3128    perct02 = 1.8788_wp + 0.9296_wp * perct_ij
3129!
3130!-- IREQ neutral conditions (thermal comfort)
3131    ireq_neutral = 1.62_wp - 0.0564_wp * perct02
3132!
3133!-- Regression only defined for perct <= 10 (degC)
3134    IF ( ireq_neutral < 0.5_wp )  THEN
3135       IF ( ireq_neutral < 0.48_wp )  THEN
3136          nerr = 1_iwp
3137       ENDIF
3138       ireq_neutral = 0.5_wp
3139    ENDIF
3140!
3141!-- Minimal required clothing insulation: maximal acceptable body cooling
3142    ireq_minimal = 1.26_wp - 0.0588_wp * perct02
3143    IF ( nerr > 0_iwp )  THEN
3144       ireq_minimal = ireq_neutral
3145    ENDIF
3146
3147    RETURN
3148 END FUNCTION ireq_neutral
3149
3150
3151!------------------------------------------------------------------------------!
3152! Description:
3153! ------------
3154!> The SUBROUTINE surface area calculates the surface area of the individual
3155!> according to its height (m), weight (kg), and age (y)
3156!------------------------------------------------------------------------------!
3157 SUBROUTINE surface_area( height_cm, weight, age, surf )
3158
3159    IMPLICIT NONE
3160
3161    REAL(wp)    , INTENT(in)  ::  weight
3162    REAL(wp)    , INTENT(in)  ::  height_cm
3163    INTEGER(iwp), INTENT(in)  ::  age
3164    REAL(wp)    , INTENT(out) ::  surf
3165    REAL(wp)                  ::  height
3166
3167    height = height_cm * 100._wp
3168!
3169!-- According to Gehan-George, for children
3170    IF ( age < 19_iwp )  THEN
3171       IF ( age < 5_iwp )  THEN
3172          surf = 0.02667_wp * height**0.42246_wp * weight**0.51456_wp
3173          RETURN
3174       ENDIF
3175       surf = 0.03050_wp * height**0.35129_wp * weight**0.54375_wp
3176       RETURN
3177    ENDIF
3178!
3179!-- DuBois D, DuBois EF: A formula to estimate the approximate surface area if
3180!-- height and weight be known. In: Arch. Int. Med.. 17, 1916, pp. 863:871.
3181    surf = 0.007184_wp * height**0.725_wp * weight**0.425_wp
3182    RETURN
3183
3184 END SUBROUTINE surface_area
3185
3186!------------------------------------------------------------------------------!
3187! Description:
3188! ------------
3189!> The SUBROUTINE persdat calculates
3190!>  - the total internal energy production = metabolic + workload,
3191!>  - the total internal energy production for a standardized surface (actlev)
3192!>  - the DuBois - area (a_surf [m2])
3193!> from
3194!>  - the persons age (years),
3195!>  - weight (kg),
3196!>  - height (m),
3197!>  - sex (1 = male, 2 = female),
3198!>  - work load (W)
3199!> for a sample human.
3200!------------------------------------------------------------------------------!
3201 SUBROUTINE persdat( age, weight, height, sex, work, a_surf, actlev )
3202
3203    IMPLICIT NONE
3204
3205    REAL(wp), INTENT(in) ::  age
3206    REAL(wp), INTENT(in) ::  weight
3207    REAL(wp), INTENT(in) ::  height
3208    REAL(wp), INTENT(in) ::  work
3209    INTEGER(iwp), INTENT(in) ::  sex
3210    REAL(wp), INTENT(out) ::  actlev
3211    REAL(wp) ::  a_surf
3212    REAL(wp) ::  energy_prod
3213    REAL(wp) ::  s
3214    REAL(wp) ::  factor
3215    REAL(wp) ::  basic_heat_prod
3216
3217    CALL surface_area( height, weight, INT( age ), a_surf )
3218    s = height * 100._wp / ( weight**( 1._wp / 3._wp ) )
3219    factor = 1._wp + .004_wp  * ( 30._wp - age )
3220    basic_heat_prod = 0.
3221    IF ( sex == 1_iwp )  THEN
3222       basic_heat_prod = 3.45_wp * weight**( 3._wp / 4._wp ) * ( factor +      &
3223                     .01_wp  * ( s - 43.4_wp ) )
3224    ELSE IF ( sex == 2_iwp )  THEN
3225       basic_heat_prod = 3.19_wp * weight**( 3._wp / 4._wp ) * ( factor +      &
3226                    .018_wp * ( s - 42.1_wp ) )
3227    ENDIF
3228
3229    energy_prod = work + basic_heat_prod
3230    actlev = energy_prod / a_surf
3231
3232 END SUBROUTINE persdat
3233
3234
3235!------------------------------------------------------------------------------!
3236! Description:
3237! ------------
3238!> SUBROUTINE ipt_init
3239!> initializes the instationary perceived temperature
3240!------------------------------------------------------------------------------!
3241
3242 SUBROUTINE ipt_init( age, weight, height, sex, work, actlev, clo,             &
3243     ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, storage, t_clothing,                          &
3244     ipt )
3245
3246    IMPLICIT NONE
3247!
3248!-- Input parameters
3249    REAL(wp), INTENT(in) ::  age        !< Persons age          (years)
3250    REAL(wp), INTENT(in) ::  weight     !< Persons weight       (kg)
3251    REAL(wp), INTENT(in) ::  height     !< Persons height       (m)
3252    REAL(wp), INTENT(in) ::  work       !< Current workload     (W)
3253    REAL(wp), INTENT(in) ::  ta         !< Air Temperature      (degree_C)
3254    REAL(wp), INTENT(in) ::  vp         !< Vapor pressure       (hPa)
3255    REAL(wp), INTENT(in) ::  ws         !< Wind speed in approx. 1.1m (m/s)
3256    REAL(wp), INTENT(in) ::  tmrt       !< Mean radiant temperature   (degree_C)
3257    REAL(wp), INTENT(in) ::  pair       !< Air pressure         (hPa)
3258    REAL(wp), INTENT(in) ::  dt         !< Timestep             (s)
3259    INTEGER(iwp), INTENT(in)  :: sex    !< Persons sex (1 = male, 2 = female)
3260!
3261!-- Output parameters
3262    REAL(wp), INTENT(out) ::  actlev
3263    REAL(wp), INTENT(out) ::  clo
3264    REAL(wp), INTENT(out) ::  storage
3265    REAL(wp), INTENT(out) ::  t_clothing
3266    REAL(wp), INTENT(out) ::  ipt
3267!
3268!-- Internal variables
3269    REAL(wp), PARAMETER :: eps = 0.0005_wp
3270    REAL(wp), PARAMETER :: eta = 0._wp
3271    REAL(wp) ::  sclo
3272    REAL(wp) ::  wclo
3273    REAL(wp) ::  d_pmv
3274    REAL(wp) ::  svp_ta
3275    REAL(wp) ::  sult_lim
3276    REAL(wp) ::  dgtcm
3277    REAL(wp) ::  dgtcstd
3278    REAL(wp) ::  clon
3279    REAL(wp) ::  ireq_minimal
3280!     REAL(wp) ::  clo_fanger
3281    REAL(wp) ::  pmv_w
3282    REAL(wp) ::  pmv_s
3283    REAL(wp) ::  pmva
3284    REAL(wp) ::  ptc
3285    REAL(wp) ::  d_std
3286    REAL(wp) ::  pmvs
3287    REAL(wp) ::  a_surf
3288!     REAL(wp) ::  acti
3289    INTEGER(iwp) ::  ncount
3290    INTEGER(iwp) ::  nerr_cold
3291    INTEGER(iwp) ::  nerr
3292
3293    LOGICAL ::  sultrieness
3294
3295    storage = 0._wp
3296    CALL persdat( age, weight, height, sex, work, a_surf, actlev )
3297!
3298!-- Initialise
3299    t_clothing = bio_fill_value
3300    ipt        = bio_fill_value
3301    nerr       = 0_wp
3302    ncount     = 0_wp
3303    sultrieness    = .FALSE.
3304!
3305!-- Tresholds: clothing insulation (account for model inaccuracies)
3306!-- Summer clothing
3307    sclo     = 0.44453_wp
3308!-- Winter clothing
3309    wclo     = 1.76267_wp
3310!
3311!-- Decision: firstly calculate for winter or summer clothing
3312    IF ( ta <= 10._wp )  THEN
3313!
3314!--    First guess: winter clothing insulation: cold stress
3315       clo = wclo
3316       t_clothing = bio_fill_value  ! force initial run
3317       CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,         &
3318          t_clothing, storage, dt, pmva )
3319       pmv_w = pmva
3320
3321       IF ( pmva > 0._wp )  THEN
3322!
3323!--       Case summer clothing insulation: heat load ?           
3324          clo = sclo
3325          t_clothing = bio_fill_value  ! force initial run
3326          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3327             t_clothing, storage, dt, pmva )
3328          pmv_s = pmva
3329          IF ( pmva <= 0._wp )  THEN
3330!
3331!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
3332!--          between winter and summer set values
3333             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta , sclo,     &
3334                            pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
3335             IF ( ncount < 0_iwp )  THEN
3336                nerr = -1_iwp
3337                RETURN
3338             ENDIF
3339          ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
3340             clo = 0.5_wp
3341             t_clothing = bio_fill_value
3342             CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,   &
3343                t_clothing, storage, dt, pmva )
3344          ENDIF
3345       ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
3346          clo = 1.75_wp
3347          t_clothing = bio_fill_value
3348          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3349             t_clothing, storage, dt, pmva )
3350       ENDIF
3351
3352    ELSE
3353!
3354!--    First guess: summer clothing insulation: heat load
3355       clo = sclo
3356       t_clothing = bio_fill_value
3357       CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,         &
3358          t_clothing, storage, dt, pmva )
3359       pmv_s = pmva
3360
3361       IF ( pmva < 0._wp )  THEN
3362!
3363!--       Case winter clothing insulation: cold stress ?
3364          clo = wclo
3365          t_clothing = bio_fill_value
3366          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3367             t_clothing, storage, dt, pmva )
3368          pmv_w = pmva
3369
3370          IF ( pmva >= 0._wp )  THEN
3371!
3372!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
3373!--          between winter and summer set values
3374             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,      &
3375                               pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
3376             IF ( ncount < 0_wp )  THEN
3377                nerr = -1_iwp
3378                RETURN
3379             ENDIF
3380          ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
3381             clo = 1.75_wp
3382             t_clothing = bio_fill_value
3383             CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,   &
3384                t_clothing, storage, dt, pmva )
3385          ENDIF
3386       ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
3387          clo = 0.5_wp
3388          t_clothing = bio_fill_value
3389          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3390             t_clothing, storage, dt, pmva )
3391       ENDIF
3392
3393    ENDIF
3394!
3395!-- Determine perceived temperature by regression equation + adjustments
3396    pmvs = pmva
3397    CALL perct_regression( pmva, clo, ipt )
3398    ptc = ipt
3399    IF ( clo >= 1.75_wp  .AND.  pmva <= -0.11_wp )  THEN
3400!
3401!--    Adjust for cold conditions according to Gagge 1986
3402       CALL dpmv_cold ( pmva, ta, ws, tmrt, nerr_cold, d_pmv )
3403       IF ( nerr_cold > 0_iwp )  nerr = -5_iwp
3404       pmvs = pmva - d_pmv
3405       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
3406          d_pmv  = 0._wp
3407          pmvs   = -0.11_wp
3408       ENDIF
3409       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3410    ENDIF
3411!     clo_fanger = clo
3412    clon = clo
3413    IF ( clo > 0.5_wp  .AND.  ipt <= 8.73_wp )  THEN
3414!
3415!--    Required clothing insulation (ireq) is exclusively defined for
3416!--    perceived temperatures (ipt) less 10 (C) for a
3417!--    reference wind of 0.2 m/s according to 8.73 (C) for 0.1 m/s
3418       clon = ireq_neutral ( ipt, ireq_minimal, nerr )
3419       clo = clon
3420    ENDIF
3421    CALL calc_sultr( ptc, dgtcm, dgtcstd, sult_lim )
3422    sultrieness    = .FALSE.
3423    d_std      = -99._wp
3424    IF ( pmva > 0.06_wp  .AND.  clo <= 0.5_wp )  THEN
3425!
3426!--    Adjust for warm/humid conditions according to Gagge 1986
3427       CALL saturation_vapor_pressure ( ta, svp_ta )
3428       d_pmv  = deltapmv ( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
3429       pmvs   = pmva + d_pmv
3430       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3431       IF ( sult_lim < 99._wp )  THEN
3432          IF ( (ipt - ptc) > sult_lim )  sultrieness = .TRUE.
3433       ENDIF
3434    ENDIF
3435
3436 
3437 END SUBROUTINE ipt_init
3438 
3439!------------------------------------------------------------------------------!
3440! Description:
3441! ------------
3442!> SUBROUTINE ipt_cycle
3443!> Calculates one timestep for the instationary version of perceived
3444!> temperature (iPT, degree_C) for
3445!>  - standard measured/predicted meteorological values and TMRT
3446!>    as input;
3447!>  - regressions for determination of PT;
3448!>  - adjustment to Gagge's PMV* (2-node-model, 1986) as base of PT
3449!>    under warm/humid conditions (Icl= 0.50 clo) and under cold
3450!>    conditions (Icl= 1.75 clo)
3451!>
3452!------------------------------------------------------------------------------!
3453 SUBROUTINE ipt_cycle( ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, storage, t_clothing, clo,   &
3454     actlev, work, ipt )
3455
3456    IMPLICIT NONE
3457!
3458!-- Type of input of the argument list
3459    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta      !< Air temperature             (degree_C)
3460    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  vp      !< Vapor pressure              (hPa)
3461    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  tmrt    !< Mean radiant temperature    (degree_C)
3462    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ws      !< Wind speed                  (m/s)
3463    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pair    !< Air pressure                (hPa)
3464    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  dt      !< Timestep                    (s)
3465    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  clo     !< Clothing index              (no dim)
3466    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  actlev  !< Internal heat production    (W)
3467    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  work    !< Mechanical work load        (W)
3468!
3469!-- In and output parameters
3470    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  storage     !< Heat storage            (W)
3471    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  t_clothing  !< Clothig temperature     (degree_C)
3472!
3473!-- Type of output of the argument list
3474    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  ipt  !< Instationary perceived temperature (degree_C)
3475!
3476!-- Type of internal variables
3477    REAL(wp) ::  d_pmv
3478    REAL(wp) ::  svp_ta
3479    REAL(wp) ::  sult_lim
3480    REAL(wp) ::  dgtcm
3481    REAL(wp) ::  dgtcstd
3482    REAL(wp) ::  pmva
3483    REAL(wp) ::  ptc
3484    REAL(wp) ::  d_std
3485    REAL(wp) ::  pmvs
3486    INTEGER(iwp) ::  nerr_cold
3487    INTEGER(iwp) ::  nerr
3488
3489    LOGICAL ::  sultrieness
3490!
3491!-- Initialise
3492    ipt = bio_fill_value
3493
3494    nerr     = 0_iwp
3495    sultrieness  = .FALSE.
3496!
3497!-- Determine pmv_adjusted for current conditions
3498    CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,            &
3499       t_clothing, storage, dt, pmva )
3500!
3501!-- Determine perceived temperature by regression equation + adjustments
3502    CALL perct_regression( pmva, clo, ipt )
3503!
3504!-- Consider cold conditions
3505    IF ( clo >= 1.75_wp  .AND.  pmva <= -0.11_wp )  THEN
3506!
3507!--    Adjust for cold conditions according to Gagge 1986
3508       CALL dpmv_cold ( pmva, ta, ws, tmrt, nerr_cold, d_pmv )
3509       IF ( nerr_cold > 0_iwp )  nerr = -5_iwp
3510       pmvs = pmva - d_pmv
3511       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
3512          d_pmv  = 0._wp
3513          pmvs   = -0.11_wp
3514       ENDIF
3515       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3516    ENDIF
3517!
3518!-- Consider sultriness if appropriate
3519    ptc = ipt
3520    CALL calc_sultr( ptc, dgtcm, dgtcstd, sult_lim )
3521    sultrieness = .FALSE.
3522    d_std       = -99._wp
3523    IF ( pmva > 0.06_wp  .AND.  clo <= 0.5_wp )  THEN
3524!
3525!--    Adjust for warm/humid conditions according to Gagge 1986
3526       CALL saturation_vapor_pressure ( ta, svp_ta )
3527       d_pmv = deltapmv ( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
3528       pmvs  = pmva + d_pmv
3529       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3530       IF ( sult_lim < 99._wp )  THEN
3531          IF ( (ipt - ptc) > sult_lim )  sultrieness = .TRUE.
3532       ENDIF
3533    ENDIF
3534
3535 END SUBROUTINE ipt_cycle
3536
3537!------------------------------------------------------------------------------!
3538! Description:
3539! ------------
3540!> SUBROUTINE fanger_s calculates the
3541!> actual Predicted Mean Vote (dimensionless) according
3542!> to Fanger corresponding to meteorological (ta,tmrt,pa,ws,pair)
3543!> and individual variables (clo, actlev, eta) considering a storage
3544!> and clothing temperature for a given timestep.
3545!------------------------------------------------------------------------------!
3546 SUBROUTINE fanger_s_acti( ta, tmrt, pa, in_ws, pair, in_clo, actlev,          &
3547    activity, t_cloth, s, dt, pmva )
3548
3549    IMPLICIT NONE
3550!
3551!--  Input argument types
3552    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta       !< Air temperature          (degree_C)
3553    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  tmrt     !< Mean radiant temperature (degree_C)
3554    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pa       !< Vapour pressure          (hPa)
3555    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pair     !< Air pressure             (hPa)
3556    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  in_ws    !< Wind speed               (m/s)
3557    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  actlev   !< Metabolic + work energy  (W/m²)
3558    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  dt       !< Timestep                 (s)
3559    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  activity !< Work load                (W/m²)
3560    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  in_clo   !< Clothing index (clo)     (no dim)
3561!
3562!-- Output argument types
3563    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  pmva  !< actual Predicted Mean Vote (no dim)
3564
3565    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  s  !< storage var. of energy balance (W/m2)
3566    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  t_cloth  !< clothing temperature (degree_C)
3567!
3568!-- Internal variables
3569    REAL(wp), PARAMETER  ::  time_equil = 7200._wp
3570
3571    REAL(wp) ::  f_cl         !< Increase in surface due to clothing    (factor)
3572    REAL(wp) ::  heat_convection  !< energy loss by autocnvection       (W)
3573    REAL(wp) ::  t_skin_aver  !< average skin temperature               (degree_C)
3574    REAL(wp) ::  bc           !< preliminary result storage
3575    REAL(wp) ::  cc           !< preliminary result storage
3576    REAL(wp) ::  dc           !< preliminary result storage
3577    REAL(wp) ::  ec           !< preliminary result storage
3578    REAL(wp) ::  gc           !< preliminary result storage
3579    REAL(wp) ::  t_clothing   !< clothing temperature                   (degree_C)
3580!     REAL(wp) ::  hr           !< radiational heat resistence
3581    REAL(wp) ::  clo          !< clothing insulation index              (clo)
3582    REAL(wp) ::  ws           !< wind speed                             (m/s)
3583    REAL(wp) ::  z1           !< Empiric factor for the adaption of the heat
3584                              !< ballance equation to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
3585    REAL(wp) ::  z2           !< Water vapour diffution through the skin
3586    REAL(wp) ::  z3           !< Sweat evaporation from the skin surface
3587    REAL(wp) ::  z4           !< Loss of latent heat through respiration
3588    REAL(wp) ::  z5           !< Loss of radiational heat
3589    REAL(wp) ::  z6           !< Heat loss through forced convection
3590    REAL(wp) ::  en           !< Energy ballance                        (W)
3591    REAL(wp) ::  d_s          !< Storage delta                          (W)
3592    REAL(wp) ::  adjustrate   !< Max storage adjustment rate
3593    REAL(wp) ::  adjustrate_cloth  !< max clothing temp. adjustment rate
3594
3595    INTEGER(iwp) :: i         !< running index
3596    INTEGER(iwp) ::  niter    !< Running index
3597
3598!
3599!-- Clo must be > 0. to avoid div. by 0!
3600    clo = in_clo
3601    IF ( clo < 001._wp )  clo = .001_wp
3602!
3603!-- Increase in surface due to clothing
3604    f_cl = 1._wp + .15_wp * clo
3605!
3606!-- Case of free convection (ws < 0.1 m/s ) not considered
3607    ws = in_ws
3608    IF ( ws < .1_wp )  THEN
3609       ws = .1_wp
3610    ENDIF
3611!
3612!-- Heat_convection = forced convection
3613    heat_convection = 12.1_wp * SQRT( ws * pair / 1013.25_wp )
3614!
3615!-- Average skin temperature
3616    t_skin_aver = 35.7_wp - .0275_wp * activity
3617!
3618!-- Calculation of constants for evaluation below
3619    bc = .155_wp * clo * 3.96_wp * 10._wp**( -8._wp ) * f_cl
3620    cc = f_cl * heat_convection
3621    ec = .155_wp * clo
3622    dc = ( 1._wp + ec * cc ) / bc
3623    gc = ( t_skin_aver + bc * ( tmrt + 273.2_wp )**4._wp + ec * cc * ta ) / bc
3624!
3625!-- Calculation of clothing surface temperature (t_clothing) based on
3626!-- newton-approximation with air temperature as initial guess
3627    niter = INT( dt * 10._wp, KIND=iwp )
3628    IF ( niter < 1 )  niter = 1_iwp
3629    adjustrate = 1._wp - EXP( -1._wp * ( 10._wp / time_equil ) * dt )
3630    IF ( adjustrate >= 1._wp )  adjustrate = 1._wp
3631    adjustrate_cloth = adjustrate * 30._wp
3632    t_clothing = t_cloth
3633!
3634!-- Set initial values for niter, adjustrates and t_clothing if this is the
3635!-- first call
3636    IF ( t_cloth <= -998._wp )  THEN  ! If initial run
3637       niter = 3_iwp
3638       adjustrate = 1._wp
3639       adjustrate_cloth = 1._wp
3640       t_clothing = ta
3641    ENDIF
3642!
3643!-- Update clothing temperature
3644    DO  i = 1, niter
3645       t_clothing = t_clothing - adjustrate_cloth * ( ( t_clothing +           &
3646          273.2_wp )**4._wp + t_clothing *                                     &
3647          dc - gc ) / ( 4._wp * ( t_clothing + 273.2_wp )**3._wp + dc )
3648    ENDDO
3649!
3650!-- Empiric factor for the adaption of the heat ballance equation
3651!-- to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
3652    z1 = ( .303_wp * EXP( -.036_wp * actlev ) + .0275_wp )
3653!
3654!-- Water vapour diffution through the skin
3655    z2 = .31_wp * ( 57.3_wp - .07_wp * activity-pa )
3656!
3657!-- Sweat evaporation from the skin surface
3658    z3 = .42_wp * ( activity - 58._wp )
3659!
3660!-- Loss of latent heat through respiration
3661    z4 = .0017_wp * actlev * ( 58.7_wp - pa ) + .0014_wp * actlev *            &
3662      ( 34._wp - ta )
3663!
3664!-- Loss of radiational heat
3665    z5 = 3.96e-8_wp * f_cl * ( ( t_clothing + 273.2_wp )**4 - ( tmrt +         &
3666       273.2_wp )**4 )
3667!
3668!-- Heat loss through forced convection
3669    z6 = cc * ( t_clothing - ta )
3670!
3671!-- Write together as energy ballance
3672    en = activity - z2 - z3 - z4 - z5 - z6
3673!
3674!-- Manage storage
3675    d_s = adjustrate * en + ( 1._wp - adjustrate ) * s
3676!
3677!-- Predicted Mean Vote
3678    pmva = z1 * d_s
3679!
3680!-- Update storage
3681    s = d_s
3682    t_cloth = t_clothing
3683
3684 END SUBROUTINE fanger_s_acti
3685
3686
3687
3688!------------------------------------------------------------------------------!
3689!
3690! Description:
3691! ------------
3692!> Physiologically Equivalent Temperature (PET),
3693!> stationary (calculated based on MEMI),
3694!> Subroutine based on PETBER vers. 1.5.1996 by P. Hoeppe
3695!------------------------------------------------------------------------------!
3696
3697 SUBROUTINE calculate_pet_static( ta, vpa, v, tmrt, pair, pet_ij )
3698
3699    IMPLICIT NONE
3700!
3701!-- Input arguments:
3702    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  ta    !< Air temperature             (degree_C)
3703    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  tmrt  !< Mean radiant temperature    (degree_C)
3704    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  v     !< Wind speed                  (m/s)
3705    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  vpa   !< Vapor pressure              (hPa)
3706    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  pair  !< Air pressure                (hPa)
3707!
3708!-- Output arguments:
3709    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  pet_ij  !< PET                     (degree_C)
3710!
3711!-- Internal variables:
3712    REAL(wp) ::  acl        !< clothing area                        (m²)
3713    REAL(wp) ::  adu        !< Du Bois area                         (m²)
3714    REAL(wp) ::  aeff       !< effective area                       (m²)
3715    REAL(wp) ::  ere        !< energy ballance                      (W)
3716    REAL(wp) ::  erel       !< latent energy ballance               (W)
3717    REAL(wp) ::  esw        !< Energy-loss through sweat evap.      (W)
3718    REAL(wp) ::  facl       !< Surface area extension through clothing (factor)
3719    REAL(wp) ::  feff       !< Surface modification by posture      (factor)
3720    REAL(wp) ::  rdcl       !< Diffusion resistence of clothing     (factor)
3721    REAL(wp) ::  rdsk       !< Diffusion resistence of skin         (factor)
3722    REAL(wp) ::  rtv
3723    REAL(wp) ::  vpts       !< Sat. vapor pressure over skin        (hPa)
3724    REAL(wp) ::  tsk        !< Skin temperature                     (degree_C)
3725    REAL(wp) ::  tcl        !< Clothing temperature                 (degree_C)
3726    REAL(wp) ::  wetsk      !< Fraction of wet skin                 (factor)
3727!
3728!-- Variables:
3729    REAL(wp) :: int_heat    !< Internal heat        (W)
3730!
3731!-- MEMI configuration
3732    REAL(wp) :: age         !< Persons age          (a)
3733    REAL(wp) :: mbody       !< Persons body mass    (kg)
3734    REAL(wp) :: ht          !< Persons height       (m)
3735    REAL(wp) :: work        !< Work load            (W)
3736    REAL(wp) :: eta         !< Work efficiency      (dimensionless)
3737    REAL(wp) :: clo         !< Clothing insulation index (clo)
3738    REAL(wp) :: fcl         !< Surface area modification by clothing (factor)
3739!     INTEGER(iwp) :: pos     !< Posture: 1 = standing, 2 = sitting
3740!     INTEGER(iwp) :: sex     !< Sex: 1 = male, 2 = female
3741!
3742!-- Configuration, keep standard parameters!
3743    age   = 35._wp
3744    mbody = 75._wp
3745    ht    =  1.75_wp
3746    work  = 80._wp
3747    eta   =  0._wp
3748    clo   =  0.9_wp
3749    fcl   =  1.15_wp
3750!
3751!-- Call subfunctions
3752    CALL in_body( age, eta, ere, erel, ht, int_heat, mbody, pair, rtv, ta,     &
3753            vpa, work )
3754
3755    CALL heat_exch( acl, adu, aeff, clo, ere, erel, esw, facl, fcl, feff, ht,  &
3756            int_heat, mbody, pair, rdcl, rdsk, ta, tcl, tmrt, tsk, v, vpa,     &
3757            vpts, wetsk )
3758
3759    CALL pet_iteration( acl, adu, aeff, esw, facl, feff, int_heat, pair,       &
3760            rdcl, rdsk, rtv, ta, tcl, tsk, pet_ij, vpts, wetsk )
3761
3762
3763 END SUBROUTINE calculate_pet_static
3764
3765
3766!------------------------------------------------------------------------------!
3767! Description:
3768! ------------
3769!> Calculate internal energy ballance
3770!------------------------------------------------------------------------------!
3771 SUBROUTINE in_body( age, eta, ere, erel, ht, int_heat, mbody, pair, rtv, ta, &
3772    vpa, work )
3773!
3774!-- Input arguments:
3775    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  pair      !< air pressure             (hPa)
3776    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ta        !< air temperature          (degree_C)
3777    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  vpa       !< vapor pressure           (hPa)
3778    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  age       !< Persons age              (a)
3779    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  mbody     !< Persons body mass        (kg)
3780    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ht        !< Persons height           (m)
3781    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  work      !< Work load                (W)
3782    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  eta       !< Work efficiency     (dimensionless)
3783!
3784!-- Output arguments:
3785    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  ere       !< energy ballance          (W)
3786    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  erel      !< latent energy ballance   (W)
3787    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  int_heat  !< internal heat production (W)
3788    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  rtv       !< respiratory volume
3789!
3790!-- Internal variables:
3791    REAL(wp) ::  eres                     !< Sensible respiratory heat flux (W)
3792    REAL(wp) ::  met
3793    REAL(wp) ::  tex
3794    REAL(wp) ::  vpex
3795
3796!
3797!-- Metabolic heat production
3798    met = 3.45_wp * mbody**( 3._wp / 4._wp ) * (1._wp + 0.004_wp *             &
3799          ( 30._wp - age) + 0.010_wp * ( ( ht * 100._wp /                      &
3800          ( mbody**( 1._wp / 3._wp ) ) ) - 43.4_wp ) )
3801    met = work + met
3802    int_heat = met * (1._wp - eta)
3803!
3804!-- Sensible respiration energy
3805    tex  = 0.47_wp * ta + 21.0_wp
3806    rtv  = 1.44_wp * 10._wp**(-6._wp) * met
3807    eres = c_p * (ta - tex) * rtv
3808!
3809!-- Latent respiration energy
3810    vpex = 6.11_wp * 10._wp**( 7.45_wp * tex / ( 235._wp + tex ) )
3811    erel = 0.623_wp * l_v / pair * ( vpa - vpex ) * rtv
3812!
3813!-- Sum of the results
3814    ere = eres + erel
3815
3816 END SUBROUTINE in_body
3817
3818
3819!------------------------------------------------------------------------------!
3820! Description:
3821! ------------
3822!> Calculate heat gain or loss
3823!------------------------------------------------------------------------------!
3824 SUBROUTINE heat_exch( acl, adu, aeff, clo, ere, erel, esw, facl, fcl, feff,   &
3825        ht, int_heat, mbody, pair, rdcl, rdsk, ta, tcl, tmrt, tsk, v, vpa,     &
3826        vpts, wetsk )
3827
3828!
3829!-- Input arguments:
3830    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ere    !< Energy ballance          (W)
3831    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  erel   !< Latent energy ballance   (W)
3832    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  int_heat  !< internal heat production (W)
3833    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  pair   !< Air pressure             (hPa)
3834    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ta     !< Air temperature          (degree_C)
3835    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  tmrt   !< Mean radiant temperature (degree_C)
3836    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  v      !< Wind speed               (m/s)
3837    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  vpa    !< Vapor pressure           (hPa)
3838    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  mbody  !< body mass                (kg)
3839    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ht     !< height                   (m)
3840    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  clo    !< clothing insulation      (clo)
3841    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  fcl    !< factor for surface area increase by clothing
3842!
3843!-- Output arguments:
3844    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  acl    !< Clothing surface area        (m²)
3845    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  adu    !< Du-Bois area                 (m²)
3846    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  aeff   !< Effective surface area       (m²)
3847    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  esw    !< Energy-loss through sweat evap. (W)
3848    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  facl   !< Surface area extension through clothing (factor)
3849    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  feff   !< Surface modification by posture (factor)
3850    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  rdcl   !< Diffusion resistence of clothing (factor)
3851    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  rdsk   !< Diffusion resistence of skin (factor)
3852    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  tcl    !< Clothing temperature         (degree_C)
3853    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  tsk    !< Skin temperature             (degree_C)
3854    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  vpts   !< Sat. vapor pressure over skin (hPa)
3855    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  wetsk  !< Fraction of wet skin (dimensionless)
3856!
3857!-- Cconstants:
3858!     REAL(wp), PARAMETER :: cair = 1010._wp      !< replaced by c_p
3859    REAL(wp), PARAMETER :: cb   = 3640._wp        !<
3860    REAL(wp), PARAMETER :: emcl =    0.95_wp      !< Longwave emission coef. of cloth
3861    REAL(wp), PARAMETER :: emsk =    0.99_wp      !< Longwave emission coef. of skin
3862!     REAL(wp), PARAMETER :: evap = 2.42_wp * 10._wp **6._wp  !< replaced by l_v
3863    REAL(wp), PARAMETER :: food =    0._wp        !< Heat gain by food        (W)
3864    REAL(wp), PARAMETER :: po   = 1013.25_wp      !< Air pressure at sea level (hPa)
3865    REAL(wp), PARAMETER :: rob  =    1.06_wp      !<
3866!
3867!-- Internal variables
3868    REAL(wp) ::  c(0:10)        !< Core temperature array           (degree_C)
3869    REAL(wp) ::  cbare          !< Convection through bare skin
3870    REAL(wp) ::  cclo           !< Convection through clothing
3871    REAL(wp) ::  csum           !< Convection in total
3872    REAL(wp) ::  di             !< difference between r1 and r2
3873    REAL(wp) ::  ed             !< energy transfer by diffusion     (W)
3874    REAL(wp) ::  enbal          !< energy ballance                  (W)
3875    REAL(wp) ::  enbal2         !< energy ballance (storage, last cycle)
3876    REAL(wp) ::  eswdif         !< difference between sweat production and evaporation potential
3877    REAL(wp) ::  eswphy         !< sweat created by physiology
3878    REAL(wp) ::  eswpot         !< potential sweat evaporation
3879    REAL(wp) ::  fec            !<
3880    REAL(wp) ::  hc             !<
3881    REAL(wp) ::  he             !<
3882    REAL(wp) ::  htcl           !<
3883    REAL(wp) ::  r1             !<
3884    REAL(wp) ::  r2             !<
3885    REAL(wp) ::  rbare          !< Radiational loss of bare skin    (W/m²)
3886    REAL(wp) ::  rcl            !<
3887    REAL(wp) ::  rclo           !< Radiational loss of clothing     (W/m²)
3888    REAL(wp) ::  rclo2          !< Longwave radiation gain or loss  (W/m²)
3889    REAL(wp) ::  rsum           !< Radiational loss or gain         (W/m²)
3890    REAL(wp) ::  sw             !<
3891!     REAL(wp) ::  swf            !< female factor, currently unused
3892    REAL(wp) ::  swm            !<
3893    REAL(wp) ::  tbody          !<
3894    REAL(wp) ::  tcore(1:7)     !<
3895    REAL(wp) ::  vb             !<
3896    REAL(wp) ::  vb1            !<
3897    REAL(wp) ::  vb2            !<
3898    REAL(wp) ::  wd             !<
3899    REAL(wp) ::  wr             !<
3900    REAL(wp) ::  ws             !<
3901    REAL(wp) ::  wsum           !<
3902    REAL(wp) ::  xx             !< modification step                (K)
3903    REAL(wp) ::  y              !< fraction of bare skin
3904    INTEGER(iwp) ::  count1     !< running index
3905    INTEGER(iwp) ::  count3     !< running index
3906    INTEGER(iwp) ::  j          !< running index
3907    INTEGER(iwp) ::  i          !< running index
3908    LOGICAL ::  skipIncreaseCount   !< iteration control flag
3909
3910!
3911!-- Initialize
3912    wetsk = 0._wp  !< skin is dry everywhere on init (no non-evaporated sweat)
3913!
3914!-- Set Du Bois Area for the sample person
3915    adu = 0.203_wp * mbody**0.425_wp * ht**0.725_wp
3916!
3917!-- Initialize convective heat considering local air preassure
3918    hc = 2.67_wp + ( 6.5_wp * v**0.67_wp )
3919    hc = hc * ( pair / po )**0.55_wp
3920!
3921!-- Set surface modification by posture (the person will always stand)
3922    feff = 0.725_wp                     !< Posture: 0.725 for stading
3923!
3924!-- Set surface modification by clothing
3925    facl = ( - 2.36_wp + 173.51_wp * clo - 100.76_wp * clo * clo + 19.28_wp    &
3926          * ( clo**3._wp ) ) / 100._wp
3927    IF ( facl > 1._wp )  facl = 1._wp
3928!
3929!-- Initialize heat resistences
3930    rcl = ( clo / 6.45_wp ) / facl
3931    IF ( clo >= 2._wp )  y  = 1._wp
3932    IF ( ( clo > 0.6_wp )   .AND.  ( clo < 2._wp ) )   y = ( ht - 0.2_wp ) / ht
3933    IF ( ( clo <= 0.6_wp )  .AND.  ( clo > 0.3_wp ) )  y = 0.5_wp
3934    IF ( ( clo <= 0.3_wp )  .AND.  ( clo > 0._wp ) )   y = 0.1_wp
3935    r2   = adu * ( fcl - 1._wp + facl ) / ( 2._wp * 3.14_wp * ht * y )
3936    r1   = facl * adu / ( 2._wp * 3.14_wp * ht * y )
3937    di   = r2 - r1
3938
3939!
3940!-- Estimate skin temperatur
3941    DO  j = 1, 7
3942
3943       tsk    = 34._wp
3944       count1 = 0_iwp
3945       tcl    = ( ta + tmrt + tsk ) / 3._wp
3946       count3 = 1_iwp
3947       enbal2 = 0._wp
3948
3949       DO  i = 1, 100  ! allow for 100 iterations max
3950          acl   = adu * facl + adu * ( fcl - 1._wp )
3951          rclo2 = emcl * sigma_sb * ( ( tcl + degc_to_k )**4._wp -             &
3952            ( tmrt + degc_to_k )**4._wp ) * feff
3953          htcl  = 6.28_wp * ht * y * di / ( rcl * LOG( r2 / r1 ) * acl )
3954          tsk   = 1._wp / htcl * ( hc * ( tcl - ta ) + rclo2 ) + tcl
3955!
3956!--       Radiation saldo
3957          aeff  = adu * feff
3958          rbare = aeff * ( 1._wp - facl ) * emsk * sigma_sb *                  &
3959            ( ( tmrt + degc_to_k )**4._wp - ( tsk + degc_to_k )**4._wp )
3960          rclo  = feff * acl * emcl * sigma_sb *                               &
3961            ( ( tmrt + degc_to_k )**4._wp - ( tcl + degc_to_k )**4._wp )
3962          rsum  = rbare + rclo
3963!
3964!--       Convection
3965          cbare = hc * ( ta - tsk ) * adu * ( 1._wp - facl )
3966          cclo  = hc * ( ta - tcl ) * acl
3967          csum  = cbare + cclo
3968!
3969!--       Core temperature
3970          c(0)  = int_heat + ere
3971          c(1)  = adu * rob * cb
3972          c(2)  = 18._wp - 0.5_wp * tsk
3973          c(3)  = 5.28_wp * adu * c(2)
3974          c(4)  = 0.0208_wp * c(1)
3975          c(5)  = 0.76075_wp * c(1)
3976          c(6)  = c(3) - c(5) - tsk * c(4)
3977          c(7)  = - c(0) * c(2) - tsk * c(3) + tsk * c(5)
3978          c(8)  = c(6) * c(6) - 4._wp * c(4) * c(7)
3979          c(9)  = 5.28_wp * adu - c(5) - c(4) * tsk
3980          c(10) = c(9) * c(9) - 4._wp * c(4) *                                 &
3981                  ( c(5) * tsk - c(0) - 5.28_wp * adu * tsk )
3982
3983          IF ( ABS( tsk - 36._wp ) < 0.00001_wp )  tsk = 36.01_wp
3984          tcore(7) = c(0) / ( 5.28_wp * adu + c(1) * 6.3_wp / 3600._wp ) + tsk
3985          tcore(3) = c(0) / ( 5.28_wp * adu + ( c(1) * 6.3_wp / 3600._wp ) /   &
3986            ( 1._wp + 0.5_wp * ( 34._wp - tsk ) ) ) + tsk
3987          IF ( c(10) >= 0._wp )  THEN
3988             tcore(6) = ( - c(9) - c(10)**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
3989             tcore(1) = ( - c(9) + c(10)**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
3990          ENDIF
3991
3992          IF ( c(8) >= 0._wp )  THEN
3993             tcore(2) = ( - c(6) + ABS( c(8) )**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
3994             tcore(5) = ( - c(6) - ABS( c(8) )**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
3995             tcore(4) = c(0) / ( 5.28_wp * adu + c(1) * 1._wp / 40._wp ) + tsk
3996          ENDIF
3997!
3998!--       Transpiration
3999          tbody = 0.1_wp * tsk + 0.9_wp * tcore(j)
4000          swm   = 304.94_wp * ( tbody - 36.6_wp ) * adu / 3600000._wp
4001          vpts  = 6.11_wp * 10._wp**( 7.45_wp * tsk / ( 235._wp + tsk ) )
4002
4003          IF ( tbody <= 36.6_wp )  swm = 0._wp  !< no need for sweating
4004
4005          sw = swm
4006          eswphy = - sw * l_v
4007          he     = 0.633_wp * hc / ( pair * c_p )
4008          fec    = 1._wp / ( 1._wp + 0.92_wp * hc * rcl )
4009          eswpot = he * ( vpa - vpts ) * adu * l_v * fec
4010          wetsk  = eswphy / eswpot
4011
4012          IF ( wetsk > 1._wp )  wetsk = 1._wp
4013!
4014!--       Sweat production > evaporation?
4015          eswdif = eswphy - eswpot
4016
4017          IF ( eswdif <= 0._wp )  esw = eswpot  !< Limit is evaporation
4018          IF ( eswdif > 0._wp )   esw = eswphy  !< Limit is sweat production
4019          IF ( esw  > 0._wp )     esw = 0._wp   !< Sweat can't be evaporated, no more cooling effect
4020!
4021!--       Diffusion
4022          rdsk = 0.79_wp * 10._wp**7._wp
4023          rdcl = 0._wp
4024          ed   = l_v / ( rdsk + rdcl ) * adu * ( 1._wp - wetsk ) * ( vpa -     &
4025             vpts )
4026!
4027!--       Max vb
4028          vb1 = 34._wp - tsk
4029          vb2 = tcore(j) - 36.6_wp
4030
4031          IF ( vb2 < 0._wp )  vb2 = 0._wp
4032          IF ( vb1 < 0._wp )  vb1 = 0._wp
4033          vb = ( 6.3_wp + 75._wp * vb2 ) / ( 1._wp + 0.5_wp * vb1 )
4034!
4035!--       Energy ballence
4036          enbal = int_heat + ed + ere + esw + csum + rsum + food
4037!
4038!--       Clothing temperature
4039          xx = 0.001_wp
4040          IF ( count1 == 0_iwp )  xx = 1._wp
4041          IF ( count1 == 1_iwp )  xx = 0.1_wp
4042          IF ( count1 == 2_iwp )  xx = 0.01_wp
4043          IF ( count1 == 3_iwp )  xx = 0.001_wp
4044
4045          IF ( enbal > 0._wp )  tcl = tcl + xx
4046          IF ( enbal < 0._wp )  tcl = tcl - xx
4047
4048          skipIncreaseCount = .FALSE.
4049          IF ( ( (enbal <= 0._wp )  .AND.  (enbal2 > 0._wp ) )  .OR.           &
4050             ( ( enbal >= 0._wp )  .AND.  ( enbal2 < 0._wp ) ) )  THEN
4051             skipIncreaseCount = .TRUE.
4052          ELSE
4053             enbal2 = enbal
4054             count3 = count3 + 1_iwp
4055          ENDIF
4056
4057          IF ( ( count3 > 200_iwp )  .OR.  skipIncreaseCount )  THEN
4058             IF ( count1 < 3_iwp )  THEN
4059                count1 = count1 + 1_iwp
4060                enbal2 = 0._wp
4061             ELSE
4062                EXIT
4063             ENDIF
4064          ENDIF
4065       ENDDO
4066
4067       IF ( count1 == 3_iwp )  THEN
4068          SELECT CASE ( j )
4069             CASE ( 2, 5) 
4070                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) >= 36.6_wp )  .AND.                    &
4071                   ( tsk <= 34.050_wp ) ) )  CYCLE
4072             CASE ( 6, 1 )
4073                IF ( c(10) < 0._wp ) CYCLE
4074                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) >= 36.6_wp )  .AND.                    &
4075                   ( tsk > 33.850_wp ) ) )  CYCLE
4076             CASE ( 3 )
4077                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) < 36.6_wp )  .AND.                     &
4078                   ( tsk <= 34.000_wp ) ) )  CYCLE
4079             CASE ( 7 )
4080                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) < 36.6_wp )  .AND.                     &
4081                   ( tsk > 34.000_wp ) ) )  CYCLE
4082             CASE default
4083          END SELECT
4084       ENDIF
4085
4086       IF ( ( j /= 4_iwp )  .AND.  ( vb >= 91._wp ) )  CYCLE
4087       IF ( ( j == 4_iwp )  .AND.  ( vb < 89._wp ) )  CYCLE
4088       IF ( vb > 90._wp ) vb = 90._wp
4089!
4090!--    Loses by water
4091       ws = sw * 3600._wp * 1000._wp
4092       IF ( ws > 2000._wp )  ws = 2000._wp
4093       wd = ed / l_v * 3600._wp * ( -1000._wp )
4094       wr = erel / l_v * 3600._wp * ( -1000._wp )
4095
4096       wsum = ws + wr + wd
4097
4098       RETURN
4099    ENDDO
4100 END SUBROUTINE heat_exch
4101
4102!------------------------------------------------------------------------------!
4103! Description:
4104! ------------
4105!> Calculate PET
4106!------------------------------------------------------------------------------!
4107 SUBROUTINE pet_iteration( acl, adu, aeff, esw, facl, feff, int_heat, pair,    &
4108        rdcl, rdsk, rtv, ta, tcl, tsk, pet_ij, vpts, wetsk )
4109!
4110!-- Input arguments:
4111    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  acl   !< clothing surface area        (m²)
4112    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  adu   !< Du-Bois area                 (m²)
4113    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  esw   !< energy-loss through sweat evap. (W)
4114    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  facl  !< surface area extension through clothing (factor)
4115    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  feff  !< surface modification by posture (factor)
4116    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  int_heat  !< internal heat production (W)
4117    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  pair  !< air pressure                 (hPa)
4118    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  rdcl  !< diffusion resistence of clothing (factor)
4119    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  rdsk  !< diffusion resistence of skin (factor)
4120    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  rtv   !< respiratory volume
4121    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  ta    !< air temperature              (degree_C)
4122    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  tcl   !< clothing temperature         (degree_C)
4123    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  tsk   !< skin temperature             (degree_C)
4124    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  vpts  !< sat. vapor pressure over skin (hPa)
4125    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  wetsk !< fraction of wet skin (dimensionless)
4126!
4127!-- Output arguments:
4128    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  aeff     !< effective surface area       (m²)
4129    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  pet_ij   !< PET                          (degree_C)
4130!
4131!-- Cconstants:
4132    REAL(wp), PARAMETER :: emcl =    0.95_wp      !< Longwave emission coef. of cloth
4133    REAL(wp), PARAMETER :: emsk =    0.99_wp      !< Longwave emission coef. of skin
4134    REAL(wp), PARAMETER :: po   = 1013.25_wp      !< Air pressure at sea level (hPa)
4135!
4136!-- Internal variables
4137    REAL ( wp ) ::  cbare             !< Convection through bare skin
4138    REAL ( wp ) ::  cclo              !< Convection through clothing
4139    REAL ( wp ) ::  csum              !< Convection in total
4140    REAL ( wp ) ::  ed                !< Diffusion                      (W)
4141    REAL ( wp ) ::  enbal             !< Energy ballance                (W)
4142    REAL ( wp ) ::  enbal2            !< Energy ballance (last iteration cycle)
4143    REAL ( wp ) ::  ere               !< Energy ballance result         (W)
4144    REAL ( wp ) ::  erel              !< Latent energy ballance         (W)
4145    REAL ( wp ) ::  eres              !< Sensible respiratory heat flux (W)
4146    REAL ( wp ) ::  hc                !<
4147    REAL ( wp ) ::  rbare             !< Radiational loss of bare skin  (W/m²)
4148    REAL ( wp ) ::  rclo              !< Radiational loss of clothing   (W/m²)
4149    REAL ( wp ) ::  rsum              !< Radiational loss or gain       (W/m²)
4150    REAL ( wp ) ::  tex               !< Temperat. of exhaled air       (degree_C)
4151    REAL ( wp ) ::  vpex              !< Vapor pressure of exhaled air  (hPa)
4152    REAL ( wp ) ::  xx                !< Delta PET per iteration        (K)
4153
4154    INTEGER ( iwp ) ::  count1        !< running index
4155    INTEGER ( iwp ) ::  i             !< running index
4156
4157    pet_ij = ta
4158    enbal2 = 0._wp
4159
4160    DO  count1 = 0, 3
4161       DO  i = 1, 125  ! 500 / 4
4162          hc = 2.67_wp + 6.5_wp * 0.1_wp**0.67_wp
4163          hc = hc * ( pair / po )**0.55_wp
4164!
4165!--       Radiation
4166          aeff  = adu * feff
4167          rbare = aeff * ( 1._wp - facl ) * emsk * sigma_sb *                  &
4168              ( ( pet_ij + degc_to_k )**4._wp - ( tsk + degc_to_k )**4._wp )
4169          rclo  = feff * acl * emcl * sigma_sb *                               &
4170              ( ( pet_ij + degc_to_k )**4._wp - ( tcl + degc_to_k )**4._wp )
4171          rsum  = rbare + rclo
4172!
4173!--       Covection
4174          cbare = hc * ( pet_ij - tsk ) * adu * ( 1._wp - facl )
4175          cclo  = hc * ( pet_ij - tcl ) * acl
4176          csum  = cbare + cclo
4177!
4178!--       Diffusion
4179          ed = l_v / ( rdsk + rdcl ) * adu * ( 1._wp - wetsk ) * ( 12._wp -    &
4180             vpts )
4181!
4182!--       Respiration
4183          tex  = 0.47_wp * pet_ij + 21._wp
4184          eres = c_p * ( pet_ij - tex ) * rtv
4185          vpex = 6.11_wp * 10._wp**( 7.45_wp * tex / ( 235._wp + tex ) )
4186          erel = 0.623_wp * l_v / pair * ( 12._wp - vpex ) * rtv
4187          ere  = eres + erel
4188!
4189!--       Energy ballance
4190          enbal = int_heat + ed + ere + esw + csum + rsum
4191!
4192!--       Iteration concerning ta
4193          xx = 0.001_wp
4194          IF ( count1 == 0_iwp )  xx = 1._wp
4195          IF ( count1 == 1_iwp )  xx = 0.1_wp
4196          IF ( count1 == 2_iwp )  xx = 0.01_wp
4197!           IF ( count1 == 3_iwp )  xx = 0.001_wp
4198          IF ( enbal > 0._wp )  pet_ij = pet_ij - xx
4199          IF ( enbal < 0._wp )  pet_ij = pet_ij + xx
4200          IF ( ( enbal <= 0._wp )  .AND.  ( enbal2 > 0._wp ) )  EXIT
4201          IF ( ( enbal >= 0._wp )  .AND.  ( enbal2 < 0._wp ) )  EXIT
4202
4203          enbal2 = enbal
4204       ENDDO
4205    ENDDO
4206 END SUBROUTINE pet_iteration
4207
4208!
4209!-- UVEM specific subroutines
4210
4211!---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------!
4212! Description:
4213! ------------
4214!> Module-specific routine for new module
4215!---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------!
4216 SUBROUTINE uvem_solar_position
4217   
4218    USE date_and_time_mod,                                                                                            &
4219       ONLY:  calc_date_and_time, day_of_year, time_utc
4220   
4221    USE control_parameters,                                                                                           &
4222       ONLY:  latitude, longitude   
4223
4224    IMPLICIT NONE
4225   
4226   
4227    REAL(wp) ::  alpha       = 0.0_wp   !< solar azimuth angle in radiant   
4228    REAL(wp) ::  doy_r       = 0.0_wp   !< real format of day_of_year           
4229    REAL(wp) ::  declination = 0.0_wp   !< declination
4230    REAL(wp) ::  dtor        = 0.0_wp   !< factor to convert degree to radiant
4231    REAL(wp) ::  js          = 0.0_wp   !< parameter for solar position calculation
4232    REAL(wp) ::  lat         = 52.39_wp !< latitude
4233    REAL(wp) ::  lon         = 9.7_wp   !< longitude       
4234    REAL(wp) ::  thetar      = 0.0_wp   !< angle for solar zenith angle calculation
4235    REAL(wp) ::  thetasr     = 0.0_wp   !< angle for solar azimuth angle calculation   
4236    REAL(wp) ::  zgl         = 0.0_wp   !< calculated exposure by direct beam   
4237    REAL(wp) ::  woz         = 0.0_wp   !< calculated exposure by diffuse radiation
4238    REAL(wp) ::  wsp         = 0.0_wp   !< calculated exposure by direct beam   
4239   
4240
4241    CALL calc_date_and_time
4242    doy_r = real(day_of_year)   
4243    dtor = pi / 180.0_wp
4244    lat = latitude
4245    lon = longitude
4246!
4247!-- calculation of js, necessary for calculation of equation of time (zgl) :
4248    js=  72.0_wp * ( doy_r + ( time_utc / 86400.0_wp ) ) / 73.0_wp 
4249!
4250!-- calculation of equation of time (zgl):
4251    zgl = 0.0066_wp + 7.3525_wp * cos( ( js + 85.9_wp ) * dtor ) + 9.9359_wp *                                        &
4252    cos( ( 2.0_wp * js + 108.9_wp ) * dtor ) + 0.3387_wp * cos( ( 3 * js + 105.2_wp ) * dtor )
4253!
4254!-- calculation of apparent solar time woz:
4255    woz = ( ( time_utc / 3600.0_wp ) - ( 4.0_wp * ( 15.0_wp - lon ) ) / 60.0_wp ) + ( zgl / 60.0_wp )
4256!
4257!-- calculation of hour angle (wsp):
4258    wsp = ( woz - 12.0_wp ) * 15.0_wp
4259!
4260!-- calculation of declination:
4261    declination = 0.3948_wp - 23.2559_wp * cos( ( js + 9.1_wp ) * dtor ) -                                            &
4262    0.3915_wp * cos( ( 2.0_wp * js + 5.4_wp ) * dtor ) - 0.1764_wp * cos( ( 3.0_wp * js + 26.0_wp ) * dtor )
4263!
4264!-- calculation of solar zenith angle
4265    thetar  = acos( sin( lat * dtor) * sin( declination * dtor ) + cos( wsp * dtor ) *                                &
4266    cos( lat * dtor ) * cos( declination * dtor ) )
4267    thetasr = asin( sin( lat * dtor) * sin( declination * dtor ) + cos( wsp * dtor ) *                                & 
4268    cos( lat * dtor ) * cos( declination * dtor ) )
4269    sza = thetar / dtor
4270!
4271!-- calculation of solar azimuth angle
4272    IF (woz .LE. 12.0_wp) alpha = pi - acos( ( sin(thetasr) * sin( lat * dtor ) -                                     &
4273    sin( declination * dtor ) ) / ( cos(thetasr) * cos( lat * dtor ) ) )   
4274    IF (woz .GT. 12.0_wp) alpha = pi + acos( ( sin(thetasr) * sin( lat * dtor ) -                                     &
4275    sin( declination * dtor ) ) / ( cos(thetasr) * cos( lat * dtor ) ) )   
4276    saa = alpha / dtor
4277
4278 END SUBROUTINE uvem_solar_position
4279
4280
4281!------------------------------------------------------------------------------!
4282! Description:
4283! ------------
4284!> Module-specific routine for new module
4285!---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------!
4286 SUBROUTINE uvem_calc_exposure
4287
4288    USE indices,                                                                                                      &
4289        ONLY:  nys, nyn, nxl, nxr
4290   
4291   
4292    IMPLICIT NONE   
4293   
4294    INTEGER(iwp) ::  i     !< loop index in x direction
4295    INTEGER(iwp) ::  j     !< loop index in y direction
4296    INTEGER(iwp) ::  szai  !< loop index for different sza values
4297
4298    CALL uvem_solar_position
4299     
4300    IF (sza  .GE.  90)  THEN
4301       vitd3_exposure(:,:) = 0.0_wp
4302    ELSE
4303       
4304       DO  ai = 0, 35
4305          DO  zi = 0, 9
4306                projection_area_lookup_table(ai,zi) = uvem_projarea_f%var(clothing,zi,ai)
4307          ENDDO
4308       ENDDO
4309       DO  ai = 0, 35
4310          DO  zi = 0, 9
4311                integration_array(ai,zi) = uvem_integration_f%var(zi,ai)
4312          ENDDO
4313       ENDDO
4314       DO  ai = 0, 2
4315          DO  zi = 0, 90
4316                irradiance_lookup_table(ai,zi) = uvem_irradiance_f%var(zi,ai)
4317          ENDDO
4318       ENDDO
4319       DO  ai = 0, 35
4320          DO  zi = 0, 9
4321             DO  szai = 0, 90
4322                radiance_lookup_table(ai,zi,szai) = uvem_radiance_f%var(szai,zi,ai)
4323             ENDDO
4324          ENDDO
4325       ENDDO
4326       
4327       
4328       
4329!--    rotate 3D-Model human to desired direction  -----------------------------
4330       projection_area_temp( 0:35,:) = projection_area_lookup_table
4331       projection_area_temp(36:71,:) = projection_area_lookup_table               
4332       IF (  .NOT.  turn_to_sun ) startpos_human = orientation_angle / 10.0_wp
4333       IF (       turn_to_sun ) startpos_human = saa / 10.0_wp       
4334       DO  ai = 0, 35
4335          xfactor = ( startpos_human ) - INT( startpos_human )
4336          DO  zi = 0, 9
4337             projection_area(ai,zi) = ( projection_area_temp( 36 - INT( startpos_human ) - 1 + ai , zi) *             &
4338                                      ( xfactor ) )                                                                   &
4339                                      +( projection_area_temp( 36 - INT( startpos_human ) + ai , zi) *                &
4340                                      ( 1.0_wp - xfactor ) )
4341          ENDDO
4342       ENDDO           
4343!             
4344!           
4345!--    interpolate to accurate Solar Zenith Angle  ------------------         
4346       DO  ai = 0, 35
4347          xfactor = (sza)-INT(sza)
4348          DO  zi = 0, 9
4349             radiance_array(ai,zi) = ( radiance_lookup_table(ai, zi, INT(sza) ) * ( 1.0_wp - xfactor) ) +             &
4350             ( radiance_lookup_table(ai,zi,INT(sza) + 1) * xfactor )
4351          ENDDO
4352       ENDDO
4353       DO  iq = 0, 2
4354          irradiance(iq) = ( irradiance_lookup_table(iq, INT(sza) ) * ( 1.0_wp - xfactor)) +                          &
4355          (irradiance_lookup_table(iq, INT(sza) + 1) * xfactor )
4356       ENDDO   
4357!         
4358!--    interpolate to accurate Solar Azimuth Angle ------------------
4359       IF ( sun_in_south )  THEN
4360          startpos_saa_float = 180.0_wp / 10.0_wp
4361       ELSE
4362          startpos_saa_float = saa / 10.0_wp
4363       ENDIF
4364       radiance_array_temp( 0:35,:) = radiance_array
4365       radiance_array_temp(36:71,:) = radiance_array
4366       xfactor = (startpos_saa_float) - INT(startpos_saa_float)
4367       DO  ai = 0, 35
4368          DO  zi = 0, 9
4369             radiance_array(ai,zi) = ( radiance_array_temp( 36 - INT( startpos_saa_float ) - 1 + ai , zi ) *          &
4370                                     ( xfactor ) )                                                                    &
4371                                     + ( radiance_array_temp( 36 - INT( startpos_saa_float ) + ai , zi )              &
4372                                     * ( 1.0_wp - xfactor ) )
4373          ENDDO
4374       ENDDO
4375!       
4376!     
4377!--    calculate Projectionarea for direct beam -----------------------------'
4378       projection_area_direct_temp( 0:35,:) = projection_area
4379       projection_area_direct_temp(36:71,:) = projection_area
4380       yfactor = ( sza / 10.0_wp ) - INT( sza / 10.0_wp )
4381       xfactor = ( startpos_saa_float ) - INT( startpos_saa_float )
4382       projection_area_direct_beam = ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float)    ,INT(sza/10.0_wp)  ) * &
4383                                     ( 1.0_wp - xfactor ) * ( 1.0_wp - yfactor ) ) +                                  &
4384                                     ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float) + 1,INT(sza/10.0_wp)  ) * &
4385                                     (          xfactor ) * ( 1.0_wp - yfactor ) ) +                                  &
4386                                     ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float)    ,INT(sza/10.0_wp)+1) * &
4387                                     ( 1.0_wp - xfactor ) * (          yfactor ) ) +                                  &
4388                                     ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float) + 1,INT(sza/10.0_wp)+1) * &
4389                                     (          xfactor ) * (          yfactor ) )
4390!                                               
4391!                                               
4392!                                               
4393       DO  i = nxl, nxr
4394          DO  j = nys, nyn
4395!                   
4396! !--        extract obstruction from IBSET-Integer_Array ------------------'
4397             IF (consider_obstructions )  THEN
4398                obstruction_temp1 = building_obstruction_f%var_3d(:,j,i)
4399                IF (obstruction_temp1(0)  .NE.  9)  THEN
4400                   DO  pobi = 0, 44 
4401                      DO  bi = 0, 7 
4402                         IF ( btest( obstruction_temp1(pobi), bi )  .EQV.  .TRUE.)  THEN
4403                            obstruction_temp2( ( pobi * 8 ) + bi ) = 1
4404                         ELSE
4405                            obstruction_temp2( ( pobi * 8 ) + bi ) = 0
4406                         ENDIF
4407                      ENDDO
4408                   ENDDO       
4409                   DO  zi = 0, 9                                         
4410                      obstruction(:,zi) = obstruction_temp2( zi * 36 :( zi * 36) + 35 )
4411                   ENDDO
4412                ELSE
4413                   obstruction(:,:) = 0
4414                ENDIF
4415             ENDIF
4416!             
4417! !--        calculated human exposure ------------------' 
4418             diffuse_exposure = SUM( radiance_array * projection_area * integration_array * obstruction )     
4419         
4420             obstruction_direct_beam = obstruction( nint(startpos_saa_float), nint( sza / 10.0_wp ) ) 
4421             IF (sza  .GE.  89.99_wp)  THEN
4422                sza = 89.99999_wp
4423             ENDIF
4424!             
4425!--          calculate direct normal irradiance (direct beam) ------------------'
4426             direct_exposure = ( irradiance(1) / cos( pi * sza / 180.0_wp ) ) * &
4427             projection_area_direct_beam * obstruction_direct_beam 
4428               
4429             vitd3_exposure(j,i) = ( diffuse_exposure + direct_exposure ) / 1000.0_wp * 70.97_wp 
4430             ! unit = international units vitamin D per second             
4431          ENDDO
4432       ENDDO
4433    ENDIF
4434
4435 END SUBROUTINE uvem_calc_exposure
4436
4437 END MODULE biometeorology_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.