source: palm/trunk/SOURCE/biometeorology_mod.f90 @ 4178

Last change on this file since 4178 was 4168, checked in by suehring, 2 years ago

Replace get_topography_top_index functions by pre-calculated arrays in order to save computational resources

  • 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: 182.5 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 4168 2019-08-16 13:50:17Z suehring $
29! Replace function get_topography_top_index by topo_top_ind
30!
31! 4144 2019-08-06 09:11:47Z raasch
32! relational operators .EQ., .NE., etc. replaced by ==, /=, etc.
33!
34! 4127 2019-07-30 14:47:10Z suehring
35! Output for bio_mrt added (merge from branch resler)
36!
37! 4126 2019-07-30 11:09:11Z gronemeier
38! renamed vitd3_exposure_av into vitd3_dose,
39! renamed uvem_calc_exposure into bio_calculate_uv_exposure
40!
41! 3885 2019-04-11 11:29:34Z kanani
42! Changes related to global restructuring of location messages and introduction
43! of additional debug messages
44!
45! 3753 2019-02-19 14:48:54Z dom_dwd_user
46! - Added automatic setting of mrt_nlevels in case it was not part of
47! radiation_parameters namelist (or set to 0 accidentially).
48! - Minor speed improvoemnts in perceived temperature calculations.
49! - Perceived temperature regression arrays now declared as PARAMETERs.
50!
51! 3750 2019-02-19 07:29:39Z dom_dwd_user
52! - Added addittional safety meassures to bio_calculate_thermal_index_maps.
53! - Replaced several REAL (un-)equality comparisons.
54!
55! 3742 2019-02-14 11:25:22Z dom_dwd_user
56! - Allocation of the input _av grids was moved to the "sum" section of
57! bio_3d_data_averaging to make sure averaging is only done once!
58! - Moved call of bio_calculate_thermal_index_maps from biometeorology module to
59! time_integration to make sure averaged input is updated before calculating.
60!
61! 3740 2019-02-13 12:35:12Z dom_dwd_user
62! - Added safety-meassure to catch the case that 'bio_mrt_av' is stated after
63! 'bio_<index>' in the output section of the p3d file.
64!
65! 3739 2019-02-13 08:05:17Z dom_dwd_user
66! - Auto-adjusting thermal_comfort flag if not set by user, but thermal_indices
67! set as output quantities.
68! - Renamed flags "bio_<index>" to "do_calculate_<index>" for better readability
69! - Removed everything related to "time_bio_results" as this is never used.
70! - Moved humidity warning to check_data_output
71! - Fixed bug in mrt calculation introduced with my commit yesterday.
72!
73! 3735 2019-02-12 09:52:40Z dom_dwd_user
74! - Fixed auto-setting of thermal index calculation flags by output
75!  as originally proposed by resler.
76! - removed bio_pet and outher configuration variables.
77! - Updated namelist.
78!
79! 3711 2019-01-31 13:44:26Z knoop
80! Introduced interface routine bio_init_checks + small error message changes
81!
82! 3693 2019-01-23 15:20:53Z dom_dwd_user
83! Added usage of time_averaged mean radiant temperature, together with calculation,
84! grid and restart routines. General cleanup and commenting.
85!
86! 3685 2019-01-21 01:02:11Z knoop
87! Some interface calls moved to module_interface + cleanup
88!
89! 3650 2019-01-04 13:01:33Z kanani
90! Bugfixes and additions for enabling restarts with biometeorology
91!
92! 3646 2018-12-28 17:58:49Z kanani
93! Remove check for simulated_time > 0, it is not required since biometeorology
94! is only called from time_integration and not during time_integration_spinup
95!
96! 3614 2018-12-10 07:05:46Z raasch
97! unused variables removed
98!
99! 3593 2018-12-03 13:51:13Z kanani
100! Bugfix: additional tmrt_grid allocation in case bio_mrt not selected as ouput,
101! replace degree symbol by degree_C
102!
103! 3582 2018-11-29 19:16:36Z suehring
104! Consistently use bio_fill_value everywhere,
105! move allocation and initialization of output variables to bio_check_data_output
106! and bio_3d_data_averaging,
107! dom_dwd_user, Schrempf:
108! - integration of UVEM module part from r3474 (edited)
109! - split UTCI regression into 6 parts
110! - all data_output_3d is now explicity casted to sp
111!
112! 3525 2018-11-14 16:06:14Z kanani
113! Clean up, renaming from "biom" to "bio", summary of thermal index calculation
114! into one module (dom_dwd_user)
115!
116! 3479 2018-11-01 16:00:30Z gronemeier
117! - reworked check for output quantities
118! - assign new palm-error numbers
119! - set unit according to data standard.
120!
121! 3475 2018-10-30 21:16:31Z kanani
122! Add option for using MRT from RTM instead of simplified global value
123!
124! 3464 2018-10-30 18:08:55Z kanani
125! From branch resler@3462, pavelkrc:
126! make use of basic_constants_and_equations_mod
127!
128! 3448 2018-10-29 18:14:31Z kanani
129! Initial revision
130!
131!
132!
133! Authors:
134! --------
135! @author Dominik Froehlich <dominik.froehlich@dwd.de>, thermal indices
136! @author Jaroslav Resler <resler@cs.cas.cz>, mean radiant temperature
137! @author Michael Schrempf <schrempf@muk.uni-hannover.de>, uv exposure
138!
139!
140! Description:
141! ------------
142!> Biometeorology module consisting of two parts:
143!> 1.: Human thermal comfort module calculating thermal perception of a sample
144!> human being under the current meteorological conditions.
145!> 2.: Calculation of vitamin-D weighted UV exposure
146!>
147!> @todo Alphabetical sorting of "USE ..." lists, "ONLY" list, variable declarations
148!>       (per subroutine: first all CHARACTERs, then INTEGERs, LOGICALs, REALs, )
149!> @todo Comments start with capital letter --> "!-- Include..."
150!> @todo uv_vitd3dose-->new output type necessary (cumulative)
151!> @todo consider upwelling radiation in UV
152!>
153!> @note nothing now
154!>
155!> @bug  no known bugs by now
156!------------------------------------------------------------------------------!
157 MODULE biometeorology_mod
158
159    USE arrays_3d,                                                             &
160        ONLY:  pt, p, u, v, w, q
161
162    USE averaging,                                                             &
163        ONLY:  pt_av, q_av, u_av, v_av, w_av
164
165    USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
166        ONLY:  c_p, degc_to_k, l_v, magnus, sigma_sb, pi
167
168    USE control_parameters,                                                    &
169        ONLY:  average_count_3d, biometeorology,                               &
170               debug_output,                                                   &
171               dz, dz_stretch_factor,                                          &
172               dz_stretch_level, humidity, initializing_actions, nz_do3d,      &
173               surface_pressure
174
175    USE date_and_time_mod,                                                     &
176        ONLY:  calc_date_and_time, day_of_year, time_utc
177
178    USE grid_variables,                                                        &
179        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
180
181    USE indices,                                                               &
182        ONLY:  nxl, nxr, nys, nyn, nzb, nzt, nys, nyn, nxl, nxr, nxlg, nxrg,   &
183               nysg, nyng, topo_top_ind
184
185    USE kinds  !< Set precision of INTEGER and REAL arrays according to PALM
186
187    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
188        ONLY:  netcdf_data_input_uvem, uvem_projarea_f, uvem_radiance_f,       &
189               uvem_irradiance_f, uvem_integration_f, building_obstruction_f
190!
191!-- Import radiation model to obtain input for mean radiant temperature
192    USE radiation_model_mod,                                                   &
193        ONLY:  ix, iy, iz, id, mrt_nlevels, mrt_include_sw,                    &
194               mrtinsw, mrtinlw, mrtbl, nmrtbl, radiation,                     &
195               radiation_interactions, rad_sw_in,                              &
196               rad_sw_out, rad_lw_in, rad_lw_out
197
198    IMPLICIT NONE
199
200    PRIVATE
201
202!
203!-- Declare all global variables within the module (alphabetical order)
204    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  tmrt_grid  !< tmrt results (degree_C)
205    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  perct      !< PT results   (degree_C)
206    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  utci       !< UTCI results (degree_C)
207    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  pet        !< PET results  (degree_C)
208!
209!-- Grids for averaged thermal indices
210    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  mrt_av_grid   !< time average mean
211    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  tmrt_av_grid  !< tmrt results (degree_C)
212    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  perct_av      !< PT results (aver. input)   (degree_C)
213    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  utci_av       !< UTCI results (aver. input) (degree_C)
214    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  pet_av        !< PET results (aver. input)  (degree_C)
215
216
217    INTEGER( iwp ) ::  bio_cell_level     !< cell level biom calculates for
218    REAL ( wp )    ::  bio_output_height  !< height output is calculated in m
219    REAL ( wp ), PARAMETER ::  human_absorb = 0.7_wp  !< SW absorbtivity of a human body (Fanger 1972)
220    REAL ( wp ), PARAMETER ::  human_emiss = 0.97_wp  !< LW emissivity of a human body after (Fanger 1972)
221    REAL ( wp ), PARAMETER ::  bio_fill_value = -9999._wp  !< set module fill value, replace by global fill value as soon as available
222!
223!--
224    LOGICAL ::  thermal_comfort  = .FALSE.  !< Enables or disables the entire thermal comfort part
225    LOGICAL ::  do_average_theta = .FALSE.  !< switch: do theta averaging in this module? (if .FALSE. this is done globally)
226    LOGICAL ::  do_average_q     = .FALSE.  !< switch: do e averaging in this module?
227    LOGICAL ::  do_average_u     = .FALSE.  !< switch: do u averaging in this module?
228    LOGICAL ::  do_average_v     = .FALSE.  !< switch: do v averaging in this module?
229    LOGICAL ::  do_average_w     = .FALSE.  !< switch: do w averaging in this module?
230    LOGICAL ::  do_average_mrt   = .FALSE.  !< switch: do mrt averaging in this module?
231    LOGICAL ::  average_trigger_perct  = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_perct?
232    LOGICAL ::  average_trigger_utci   = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_utci?
233    LOGICAL ::  average_trigger_pet    = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_pet?
234    LOGICAL ::  average_trigger_mrt    = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_pet?
235    LOGICAL ::  do_calculate_perct     = .FALSE.  !< Turn index PT (instant. input) on or off
236    LOGICAL ::  do_calculate_perct_av  = .FALSE.  !< Turn index PT (averaged input) on or off
237    LOGICAL ::  do_calculate_pet       = .FALSE.  !< Turn index PET (instant. input) on or off
238    LOGICAL ::  do_calculate_pet_av    = .FALSE.  !< Turn index PET (averaged input) on or off
239    LOGICAL ::  do_calculate_utci      = .FALSE.  !< Turn index UTCI (instant. input) on or off
240    LOGICAL ::  do_calculate_utci_av   = .FALSE.  !< Turn index UTCI (averaged input) on or off
241    LOGICAL ::  do_calculate_mrt2d     = .FALSE.  !< Turn index MRT 2D (averaged or inst) on or off
242
243!
244!-- UVEM parameters from here
245!
246!-- Declare all global variables within the module (alphabetical order)
247    INTEGER(iwp) ::  bio_nmrtbl
248    INTEGER(iwp) ::  ai                      = 0  !< loop index in azimuth direction
249    INTEGER(iwp) ::  bi                      = 0  !< loop index of bit location within an 8bit-integer (one Byte)
250    INTEGER(iwp) ::  clothing                = 1  !< clothing (0=unclothed, 1=Arms,Hands,Face free, 3=Hand,Face free)
251    INTEGER(iwp) ::  iq                      = 0  !< loop index of irradiance quantity
252    INTEGER(iwp) ::  pobi                    = 0  !< loop index of the position of corresponding byte within ibset byte vektor
253    INTEGER(iwp) ::  obstruction_direct_beam = 0  !< Obstruction information for direct beam   
254    INTEGER(iwp) ::  zi                      = 0  !< loop index in zenith direction
255
256    INTEGER(KIND=1), DIMENSION(0:44)  ::  obstruction_temp1 = 0  !< temporary obstruction information stored with ibset
257    INTEGER(iwp),    DIMENSION(0:359) ::  obstruction_temp2 = 0  !< restored temporary obstruction information from ibset file
258
259    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  obstruction       = 1  !< final 2D obstruction information array
260
261    LOGICAL ::  consider_obstructions = .TRUE.   !< namelist parameter (see documentation)
262    LOGICAL ::  sun_in_south          = .FALSE.  !< namelist parameter (see documentation)
263    LOGICAL ::  turn_to_sun           = .TRUE.   !< namelist parameter (see documentation)
264    LOGICAL ::  uv_exposure           = .FALSE.  !< namelist parameter (see documentation)
265
266    REAL(wp) ::  diffuse_exposure            =   0.0_wp  !< calculated exposure by diffuse radiation
267    REAL(wp) ::  direct_exposure             =   0.0_wp  !< calculated exposure by direct solar beam   
268    REAL(wp) ::  orientation_angle           =   0.0_wp  !< orientation of front/face of the human model   
269    REAL(wp) ::  projection_area_direct_beam =   0.0_wp  !< projection area for direct solar beam
270    REAL(wp) ::  saa                         = 180.0_wp  !< solar azimuth angle
271    REAL(wp) ::  startpos_human              =   0.0_wp  !< start value for azimuth interpolation of human geometry array
272    REAL(wp) ::  startpos_saa_float          =   0.0_wp  !< start value for azimuth interpolation of radiance array
273    REAL(wp) ::  sza                         =  20.0_wp  !< solar zenith angle
274    REAL(wp) ::  xfactor                     =   0.0_wp  !< relative x-position used for interpolation
275    REAL(wp) ::  yfactor                     =   0.0_wp  !< relative y-position used for interpolation
276
277    REAL(wp), DIMENSION(0:2)  ::  irradiance =   0.0_wp  !< iradiance values extracted from irradiance lookup table 
278
279    REAL(wp), DIMENSION(0:2,0:90) ::  irradiance_lookup_table      = 0.0_wp  !< irradiance lookup table
280    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  integration_array            = 0.0_wp  !< solid angle factors for hemispherical integration
281    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  projection_area              = 0.0_wp  !< projection areas of a human (all directions)
282    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  projection_area_lookup_table = 0.0_wp  !< human geometry lookup table (projection areas)
283    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  projection_area_direct_temp  = 0.0_wp  !< temporary projection area for direct solar beam
284    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  projection_area_temp         = 0.0_wp  !< temporary projection area for all directions
285    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  radiance_array               = 0.0_wp  !< radiance extracted from radiance_lookup_table 
286    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  radiance_array_temp          = 0.0_wp  !< temporary radiance data
287
288    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  vitd3_exposure  !< result variable for instantaneous vitamin-D weighted exposures
289    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  vitd3_dose      !< result variable for summation of vitamin-D weighted exposures
290
291    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9,0:90) ::  radiance_lookup_table   = 0.0_wp  !< radiance lookup table
292
293!
294!-- INTERFACES that must be available to other modules (alphabetical order)
295
296    PUBLIC bio_3d_data_averaging, bio_check_data_output,                       &
297    bio_calculate_mrt_grid, bio_calculate_thermal_index_maps, bio_calc_ipt,    &
298    bio_check_parameters, bio_data_output_3d, bio_data_output_2d,              &
299    bio_define_netcdf_grid, bio_get_thermal_index_input_ij, bio_header,        &
300    bio_init, bio_init_checks, bio_parin, thermal_comfort,                     &
301    bio_nmrtbl, bio_wrd_local, bio_rrd_local, bio_wrd_global, bio_rrd_global
302!
303!-- UVEM PUBLIC variables and methods
304    PUBLIC bio_calculate_uv_exposure, uv_exposure
305
306!
307!-- PALM interfaces:
308!
309!-- 3D averaging for HTCM _INPUT_ variables
310    INTERFACE bio_3d_data_averaging
311       MODULE PROCEDURE bio_3d_data_averaging
312    END INTERFACE bio_3d_data_averaging
313!
314!-- Calculate mtr from rtm fluxes and assign into 2D grid
315    INTERFACE bio_calculate_mrt_grid
316       MODULE PROCEDURE bio_calculate_mrt_grid
317    END INTERFACE bio_calculate_mrt_grid
318!
319!-- Calculate static thermal indices PT, UTCI and/or PET
320    INTERFACE bio_calculate_thermal_index_maps
321       MODULE PROCEDURE bio_calculate_thermal_index_maps
322    END INTERFACE bio_calculate_thermal_index_maps
323!
324!-- Calculate the dynamic index iPT (to be caled by the agent model)
325    INTERFACE bio_calc_ipt
326       MODULE PROCEDURE bio_calc_ipt
327    END INTERFACE bio_calc_ipt
328!
329!-- Data output checks for 2D/3D data to be done in check_parameters
330    INTERFACE bio_check_data_output
331       MODULE PROCEDURE bio_check_data_output
332    END INTERFACE bio_check_data_output
333!
334!-- Input parameter checks to be done in check_parameters
335    INTERFACE bio_check_parameters
336       MODULE PROCEDURE bio_check_parameters
337    END INTERFACE bio_check_parameters
338!
339!-- Data output of 2D quantities
340    INTERFACE bio_data_output_2d
341       MODULE PROCEDURE bio_data_output_2d
342    END INTERFACE bio_data_output_2d
343!
344!-- no 3D data, thus, no averaging of 3D data, removed
345    INTERFACE bio_data_output_3d
346       MODULE PROCEDURE bio_data_output_3d
347    END INTERFACE bio_data_output_3d
348!
349!-- Definition of data output quantities
350    INTERFACE bio_define_netcdf_grid
351       MODULE PROCEDURE bio_define_netcdf_grid
352    END INTERFACE bio_define_netcdf_grid
353!
354!-- Obtains all relevant input values to estimate local thermal comfort/stress
355    INTERFACE bio_get_thermal_index_input_ij
356       MODULE PROCEDURE bio_get_thermal_index_input_ij
357    END INTERFACE bio_get_thermal_index_input_ij
358!
359!-- Output of information to the header file
360    INTERFACE bio_header
361       MODULE PROCEDURE bio_header
362    END INTERFACE bio_header
363!
364!-- Initialization actions
365    INTERFACE bio_init
366       MODULE PROCEDURE bio_init
367    END INTERFACE bio_init
368!
369!-- Initialization checks
370    INTERFACE bio_init_checks
371       MODULE PROCEDURE bio_init_checks
372    END INTERFACE bio_init_checks
373!
374!-- Reading of NAMELIST parameters
375    INTERFACE bio_parin
376       MODULE PROCEDURE bio_parin
377    END INTERFACE bio_parin
378!
379!-- Read global restart parameters
380    INTERFACE bio_rrd_global
381       MODULE PROCEDURE bio_rrd_global
382    END INTERFACE bio_rrd_global
383!
384!-- Read local restart parameters
385    INTERFACE bio_rrd_local
386       MODULE PROCEDURE bio_rrd_local
387    END INTERFACE bio_rrd_local
388!
389!-- Write global restart parameters
390    INTERFACE bio_wrd_global
391       MODULE PROCEDURE bio_wrd_global
392    END INTERFACE bio_wrd_global
393!
394!-- Write local restart parameters
395    INTERFACE bio_wrd_local
396       MODULE PROCEDURE bio_wrd_local
397    END INTERFACE bio_wrd_local
398!
399!-- Calculate UV exposure grid
400    INTERFACE bio_calculate_uv_exposure
401       MODULE PROCEDURE bio_calculate_uv_exposure
402    END INTERFACE bio_calculate_uv_exposure
403
404 CONTAINS
405
406
407!------------------------------------------------------------------------------!
408! Description:
409! ------------
410!> Sum up and time-average biom input quantities as well as allocate
411!> the array necessary for storing the average.
412!> There is a considerable difference to the 3d_data_averaging subroutines
413!> used by other modules:
414!> For the thermal indices, the module needs to average the input conditions
415!> not the result!
416!------------------------------------------------------------------------------!
417 SUBROUTINE bio_3d_data_averaging( mode, variable )
418
419    IMPLICIT NONE
420
421    CHARACTER (LEN=*) ::  mode     !< averaging mode: allocate, sum, or average
422    CHARACTER (LEN=*) ::  variable !< The variable in question
423
424    INTEGER(iwp) ::  i        !< Running index, x-dir
425    INTEGER(iwp) ::  j        !< Running index, y-dir
426    INTEGER(iwp) ::  k        !< Running index, z-dir
427
428
429    IF ( mode == 'allocate' )  THEN
430
431       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
432
433          CASE ( 'bio_mrt' )
434
435                IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
436                   ALLOCATE( mrt_av_grid(nmrtbl) )
437                ENDIF
438                mrt_av_grid = 0.0_wp
439                do_average_mrt = .FALSE.  !< overwrite if that was enabled somehow
440
441
442          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*', 'bio_mrt*' )
443
444!
445!--          Averaging, as well as the allocation of the required grids must be
446!--          done only once, independent from for how many thermal indices
447!--          averaged output is desired.
448!--          Therefore wee need to memorize which index is the one that controls
449!--          the averaging (what must be the first thermal index called).
450!--          Indices are in unknown order as depending on the input file,
451!--          determine first index to average und update only once
452!
453!--          Only proceed here if this was not done for any index before. This
454!--          is done only once during the whole model run.
455             IF ( .NOT. average_trigger_perct  .AND.                           &
456                  .NOT. average_trigger_utci   .AND.                           &
457                  .NOT. average_trigger_pet    .AND.                           &
458                  .NOT. average_trigger_mrt )  THEN
459!
460!--             Memorize the first index called to control averaging
461                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_perct*' )  THEN
462                    average_trigger_perct = .TRUE.
463                ENDIF
464                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_utci*' )  THEN
465                    average_trigger_utci = .TRUE.
466                ENDIF
467                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_pet*' )  THEN
468                    average_trigger_pet = .TRUE.
469                ENDIF
470                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_mrt*' )  THEN
471                    average_trigger_mrt = .TRUE.
472                ENDIF
473             ENDIF
474!
475!--          Allocation of the input _av grids was moved to the "sum" section to
476!--          make sure averaging is only done once!
477
478
479          CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
480             IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_dose ) )  THEN
481                ALLOCATE( vitd3_dose(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
482             ENDIF
483             vitd3_dose = 0.0_wp
484
485          CASE DEFAULT
486             CONTINUE
487
488       END SELECT
489
490    ELSEIF ( mode == 'sum' )  THEN
491
492       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
493
494          CASE ( 'bio_mrt' )
495!
496!--          Consider the case 'bio_mrt' is called after some thermal index. In
497!--          that case do_average_mrt will be .TRUE. leading to a double-
498!--          averaging.
499             IF ( .NOT. do_average_mrt  .AND.  ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
500
501                IF ( mrt_include_sw )  THEN
502                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
503                      ( ( human_absorb * mrtinsw(:) +                          &
504                      mrtinlw(:) ) /                                           &
505                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
506                ELSE
507                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
508                      ( mrtinlw(:) /                                           &
509                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
510                ENDIF
511             ENDIF
512
513          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*', 'bio_mrt*' )
514!
515!--          Only continue if the current index is the one to trigger the input
516!--          averaging, see above
517             IF ( average_trigger_perct  .AND.  TRIM( variable ) /=            &
518                'bio_perct*')  RETURN
519             IF ( average_trigger_utci   .AND.  TRIM( variable ) /=            &
520                'bio_utci*')   RETURN
521             IF ( average_trigger_pet    .AND.  TRIM( variable ) /=            &
522                'bio_pet*')    RETURN
523             IF ( average_trigger_mrt    .AND.  TRIM( variable ) /=            &
524                'bio_mrt*')    RETURN
525!
526!--          Now memorize which of the input grids are not averaged by other
527!--          modules. Set averaging switch to .TRUE. and allocate the respective
528!--          grid in that case.
529             IF ( .NOT. ALLOCATED( pt_av ) )  THEN  !< if not averaged by other module
530                ALLOCATE( pt_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
531                do_average_theta = .TRUE.  !< memorize, that bio is responsible
532                pt_av = 0.0_wp
533             ENDIF
534             IF ( ALLOCATED( pt_av )  .AND.  do_average_theta )  THEN
535                DO  i = nxl, nxr
536                   DO  j = nys, nyn
537                      DO  k = nzb, nzt+1
538                         pt_av(k,j,i) = pt_av(k,j,i) + pt(k,j,i)
539                      ENDDO
540                   ENDDO
541                ENDDO
542             ENDIF
543
544             IF ( .NOT. ALLOCATED( q_av ) )  THEN
545                ALLOCATE( q_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
546                do_average_q = .TRUE.
547                q_av = 0.0_wp
548             ENDIF
549             IF ( ALLOCATED( q_av )  .AND.  do_average_q )  THEN
550                DO  i = nxl, nxr
551                   DO  j = nys, nyn
552                      DO  k = nzb, nzt+1
553                         q_av(k,j,i) = q_av(k,j,i) + q(k,j,i)
554                      ENDDO
555                   ENDDO
556                ENDDO
557             ENDIF
558
559!
560!-- u_av, v_av and w_av are always allocated
561             IF ( .NOT. ALLOCATED( u_av ) )  THEN
562                ALLOCATE( u_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
563                do_average_u = .TRUE.
564                u_av = 0.0_wp
565             ENDIF
566             IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  do_average_u )  THEN
567                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
568                   DO  j = nysg, nyng
569                      DO  k = nzb, nzt+1
570                         u_av(k,j,i) = u_av(k,j,i) + u(k,j,i)
571                      ENDDO
572                   ENDDO
573                ENDDO
574             ENDIF
575
576             IF ( .NOT. ALLOCATED( v_av ) )  THEN
577                ALLOCATE( v_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
578                do_average_v = .TRUE.
579                v_av = 0.0_wp
580             ENDIF
581             IF ( ALLOCATED( v_av )  .AND.  do_average_v )  THEN
582                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
583                   DO  j = nysg, nyng
584                      DO  k = nzb, nzt+1
585                         v_av(k,j,i) = v_av(k,j,i) + v(k,j,i)
586                      ENDDO
587                   ENDDO
588                ENDDO
589             ENDIF
590
591             IF ( .NOT. ALLOCATED( w_av ) )  THEN
592                ALLOCATE( w_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
593                do_average_w = .TRUE.
594                w_av = 0.0_wp
595             ENDIF
596             IF ( ALLOCATED( w_av )  .AND.  do_average_w )  THEN
597                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
598                   DO  j = nysg, nyng
599                      DO  k = nzb, nzt+1
600                         w_av(k,j,i) = w_av(k,j,i) + w(k,j,i)
601                      ENDDO
602                   ENDDO
603                ENDDO
604             ENDIF
605
606             IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
607                ALLOCATE( mrt_av_grid(nmrtbl) )
608                do_average_mrt = .TRUE.
609                mrt_av_grid = 0.0_wp
610             ENDIF
611             IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid )  .AND.  do_average_mrt )  THEN
612
613                IF ( mrt_include_sw )  THEN
614                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
615                      ( ( human_absorb * mrtinsw(:) +                          &
616                      mrtinlw(:) ) /                                           &
617                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
618                ELSE
619                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
620                      ( mrtinlw(:) /                                           &
621                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
622                ENDIF
623             ENDIF
624!
625!--       This is a cumulated dose. No mode == 'average' for this quantity.
626          CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
627             IF ( ALLOCATED( vitd3_dose ) )  THEN
628                DO  i = nxlg, nxrg
629                   DO  j = nysg, nyng
630                      vitd3_dose(j,i) = vitd3_dose(j,i) + vitd3_exposure(j,i)
631                   ENDDO
632                ENDDO
633             ENDIF
634
635          CASE DEFAULT
636             CONTINUE
637
638       END SELECT
639
640    ELSEIF ( mode == 'average' )  THEN
641
642       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
643
644          CASE ( 'bio_mrt' )
645!
646!--          Consider the case 'bio_mrt' is called after some thermal index. In
647!--          that case do_average_mrt will be .TRUE. leading to a double-
648!--          averaging.
649             IF ( .NOT. do_average_mrt  .AND.  ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
650                mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) / REAL( average_count_3d, KIND=wp )
651             ENDIF
652
653          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*', 'bio_mrt*' )
654!
655!--          Only continue if update index, see above
656             IF ( average_trigger_perct  .AND.                                 &
657                TRIM( variable ) /= 'bio_perct*' )  RETURN
658             IF ( average_trigger_utci  .AND.                                  &
659                TRIM( variable ) /= 'bio_utci*' )  RETURN
660             IF ( average_trigger_pet   .AND.                                  &
661                TRIM( variable ) /= 'bio_pet*' )  RETURN
662             IF ( average_trigger_mrt   .AND.                                  &
663                TRIM( variable ) /= 'bio_mrt*' )  RETURN
664
665             IF ( ALLOCATED( pt_av )  .AND.  do_average_theta )  THEN
666                DO  i = nxl, nxr
667                   DO  j = nys, nyn
668                      DO  k = nzb, nzt+1
669                         pt_av(k,j,i) = pt_av(k,j,i) /                         &
670                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
671                      ENDDO
672                   ENDDO
673                ENDDO
674             ENDIF
675
676             IF ( ALLOCATED( q_av )  .AND.  do_average_q )  THEN
677                DO  i = nxl, nxr
678                   DO  j = nys, nyn
679                      DO  k = nzb, nzt+1
680                         q_av(k,j,i) = q_av(k,j,i) /                           &
681                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
682                      ENDDO
683                   ENDDO
684                ENDDO
685             ENDIF
686
687             IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  do_average_u )  THEN
688                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
689                   DO  j = nysg, nyng
690                      DO  k = nzb, nzt+1
691                         u_av(k,j,i) = u_av(k,j,i) /                           &
692                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
693                      ENDDO
694                   ENDDO
695                ENDDO
696             ENDIF
697
698             IF ( ALLOCATED( v_av )  .AND.  do_average_v )  THEN
699                DO  i = nxlg, nxrg
700                   DO  j = nysg, nyng
701                      DO  k = nzb, nzt+1
702                         v_av(k,j,i) = v_av(k,j,i) /                           &
703                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
704                      ENDDO
705                   ENDDO
706                ENDDO
707             ENDIF
708
709             IF ( ALLOCATED( w_av )  .AND.  do_average_w )  THEN
710                DO  i = nxlg, nxrg
711                   DO  j = nysg, nyng
712                      DO  k = nzb, nzt+1
713                         w_av(k,j,i) = w_av(k,j,i) /                           &
714                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
715                      ENDDO
716                   ENDDO
717                ENDDO
718             ENDIF
719
720             IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid )  .AND.  do_average_mrt )  THEN
721                mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) / REAL( average_count_3d,      &
722                KIND=wp )
723             ENDIF
724
725!
726!--     No averaging for UVEM since we are calculating a dose (only sum is
727!--     calculated and saved to av.nc file)
728
729        END SELECT
730
731    ENDIF
732
733
734 END SUBROUTINE bio_3d_data_averaging
735
736
737
738!------------------------------------------------------------------------------!
739! Description:
740! ------------
741!> Check data output for biometeorology model
742!------------------------------------------------------------------------------!
743 SUBROUTINE bio_check_data_output( var, unit, i, j, ilen, k )
744
745    USE control_parameters,                                                    &
746        ONLY: data_output, message_string
747
748    IMPLICIT NONE
749
750    CHARACTER (LEN=*) ::  unit     !< The unit for the variable var
751    CHARACTER (LEN=*) ::  var      !< The variable in question
752
753    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  i     !< Current element of data_output
754    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  j     !< Average quantity? 0 = no, 1 = yes
755    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  ilen  !< Length of current entry in data_output
756    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  k     !< Output is xy mode? 0 = no, 1 = yes
757
758    SELECT CASE ( TRIM( var ) )
759!
760!--    Allocate a temporary array with the desired output dimensions.
761!--    Arrays for time-averaged thermal indices are also allocated here because
762!--    they are not running through the standard averaging procedure in
763!--    bio_3d_data_averaging as the values of the averaged thermal indices are
764!--    derived in a single step based on priorly averaged arrays (see
765!--    bio_calculate_thermal_index_maps).
766       CASE ( 'bio_mrt', 'bio_mrt*' )
767          unit = 'degree_C'
768          thermal_comfort = .TRUE.  !< enable thermal_comfort if user forgot to do so
769          IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_grid ) )  THEN
770             ALLOCATE( tmrt_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
771             tmrt_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
772          ENDIF
773          IF ( TRIM( var ) == 'bio_mrt*' )  THEN
774             do_calculate_mrt2d = .TRUE.
775          END IF
776
777       CASE ( 'bio_perct*' )
778          unit = 'degree_C'
779          thermal_comfort = .TRUE.
780          IF ( j == 0 )  THEN                !< if instantaneous input
781             do_calculate_perct = .TRUE.
782             IF ( .NOT. ALLOCATED( perct ) )  THEN
783                ALLOCATE( perct (nys:nyn,nxl:nxr) )
784                perct = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
785             ENDIF
786          ELSE                              !< if averaged input
787             do_calculate_perct_av = .TRUE.
788             IF ( .NOT. ALLOCATED( perct_av ) )  THEN
789                ALLOCATE( perct_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
790                perct_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
791             ENDIF
792          ENDIF
793
794       CASE ( 'bio_utci*' )
795          unit = 'degree_C'
796          thermal_comfort = .TRUE.
797          IF ( j == 0 )  THEN
798             do_calculate_utci = .TRUE.
799             IF ( .NOT. ALLOCATED( utci ) )  THEN
800                ALLOCATE( utci (nys:nyn,nxl:nxr) )
801                utci = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
802             ENDIF
803          ELSE
804             do_calculate_utci_av = .TRUE.
805             IF ( .NOT. ALLOCATED( utci_av ) )  THEN
806                ALLOCATE( utci_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
807                utci_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
808             ENDIF
809          ENDIF
810
811       CASE ( 'bio_pet*' )
812          unit = 'degree_C'
813          thermal_comfort = .TRUE.
814          IF ( j == 0 )  THEN
815             do_calculate_pet = .TRUE.
816             IF ( .NOT. ALLOCATED( pet ) )  THEN
817                ALLOCATE( pet (nys:nyn,nxl:nxr) )
818                pet = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
819             ENDIF
820          ELSE
821             do_calculate_pet_av = .TRUE.
822             IF ( .NOT. ALLOCATED( pet_av ) )  THEN
823                ALLOCATE( pet_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
824                pet_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
825             ENDIF
826          ENDIF
827
828
829       CASE ( 'uvem_vitd3*' )
830!           IF (  .NOT.  uv_exposure )  THEN
831!              message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
832!                       'res a namelist &uvexposure_par'
833!              CALL message( 'uvem_check_data_output', 'UV0001', 1, 2, 0, 6, 0 )
834!           ENDIF
835          IF ( k == 0  .OR.  data_output(i)(ilen-2:ilen) /= '_xy' )  THEN
836             message_string = 'illegal value for data_output: "' //            &
837                              TRIM( var ) // '" & only 2d-horizontal ' //      &
838                              'cross sections are allowed for this value'
839             CALL message( 'check_parameters', 'PA0111', 1, 2, 0, 6, 0 )
840          ENDIF
841          unit = 'IU/s'
842          IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_exposure ) )  THEN
843             ALLOCATE( vitd3_exposure(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
844          ENDIF
845          vitd3_exposure = 0.0_wp
846
847       CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
848!           IF (  .NOT.  uv_exposure )  THEN
849!              message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
850!                       'res  a namelist &uvexposure_par'
851!              CALL message( 'uvem_check_data_output', 'UV0001', 1, 2, 0, 6, 0 )
852!           ENDIF
853          IF ( k == 0  .OR.  data_output(i)(ilen-2:ilen) /= '_xy' )  THEN
854             message_string = 'illegal value for data_output: "' //            &
855                              TRIM( var ) // '" & only 2d-horizontal ' //      &
856                              'cross sections are allowed for this value'
857             CALL message( 'check_parameters', 'PA0111', 1, 2, 0, 6, 0 )
858          ENDIF
859          unit = 'IU/av-h'
860          IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_dose ) )  THEN
861             ALLOCATE( vitd3_dose(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
862          ENDIF
863          vitd3_dose = 0.0_wp
864
865       CASE DEFAULT
866          unit = 'illegal'
867
868    END SELECT
869
870!
871!--    Further checks if thermal comfort output is desired.
872    IF ( thermal_comfort  .AND.  unit == 'degree_C' )  THEN
873!
874!--    Break if required modules "radiation" is not avalable.
875       IF ( .NOT.  radiation )  THEN
876          message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" require'         &
877                           // 's radiation = .TRUE.'
878          CALL message( 'check_parameters', 'PA0509', 1, 2, 0, 6, 0 )
879          unit = 'illegal'
880       ENDIF
881!
882!--    All "thermal_comfort" outputs except from 'bio_mrt' will also need
883!--    humidity input. Check also for that.
884       IF ( TRIM( var ) /= 'bio_mrt' )  THEN
885          IF ( .NOT.  humidity )  THEN
886             message_string = 'The estimation of thermal comfort '    //       &
887                              'requires air humidity information, but ' //     &
888                              'humidity module is disabled!'
889             CALL message( 'check_parameters', 'PA0561', 1, 2, 0, 6, 0 )
890             unit = 'illegal'
891          ENDIF
892       ENDIF
893
894
895    ENDIF
896
897 END SUBROUTINE bio_check_data_output
898
899!------------------------------------------------------------------------------!
900! Description:
901! ------------
902!> Check parameters routine for biom module
903!> Currently unused but might come in handy for future checks?
904!------------------------------------------------------------------------------!
905 SUBROUTINE bio_check_parameters
906
907
908    IMPLICIT NONE
909
910
911
912 END SUBROUTINE bio_check_parameters
913
914
915!------------------------------------------------------------------------------!
916! Description:
917! ------------
918!> Subroutine defining 2D output variables
919!> data_output_2d 1188ff
920!------------------------------------------------------------------------------!
921 SUBROUTINE bio_data_output_2d( av, variable, found, grid, local_pf,           &
922                                two_d, nzb_do, nzt_do )
923
924
925    USE kinds
926
927
928    IMPLICIT NONE
929!
930!-- Input variables
931    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN) ::  variable    !< Char identifier to select var for output
932    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  av          !< Use averaged data? 0 = no, 1 = yes?
933    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  nzb_do      !< Unused. 2D. nz bottom to nz top
934    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  nzt_do      !< Unused.
935!
936!-- Output variables
937    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid   !< Grid type (always "zu1" for biom)
938    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  found  !< Output found?
939    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  two_d  !< Flag parameter that indicates 2D variables,
940                                              !< horizontal cross sections, must be .TRUE. for thermal indices and uv
941    REAL(wp), DIMENSION(nxl:nxr,nys:nyn,nzb_do:nzt_do) ::  local_pf  !< Temp. result grid to return
942!
943!-- Internal variables
944    INTEGER(iwp) ::  i        !< Running index, x-dir
945    INTEGER(iwp) ::  j        !< Running index, y-dir
946    INTEGER(iwp) ::  k        !< Running index, z-dir
947    INTEGER(iwp) ::  l        !< Running index, radiation grid
948
949
950    found = .TRUE.
951    local_pf = bio_fill_value
952
953    SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
954
955
956        CASE ( 'bio_mrt_xy' )
957           grid = 'zu1'
958           two_d = .FALSE.  !< can be calculated for several levels
959           local_pf = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
960           DO  l = 1, nmrtbl
961              i = mrtbl(ix,l)
962              j = mrtbl(iy,l)
963              k = mrtbl(iz,l)
964              IF ( k < nzb_do  .OR.  k > nzt_do  .OR.  j < nys  .OR.           &
965                 j > nyn  .OR.  i < nxl  .OR.  i > nxr )  CYCLE
966              IF ( av == 0 )  THEN
967                 IF ( mrt_include_sw )  THEN
968                    local_pf(i,j,k) = ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +          &
969                                    mrtinlw(l) ) /                             &
970                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
971                                    degc_to_k
972                 ELSE
973                    local_pf(i,j,k) = ( mrtinlw(l)  /                          &
974                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
975                                    degc_to_k
976                 ENDIF
977              ELSE
978                 local_pf(i,j,k) = mrt_av_grid(l)
979              ENDIF
980           ENDDO
981
982        CASE ( 'bio_mrt*_xy' )        ! 2d-array
983           grid = 'zu1'
984           two_d = .TRUE.
985           IF ( av == 0 )  THEN
986              DO  i = nxl, nxr
987                 DO  j = nys, nyn
988                    local_pf(i,j,nzb+1) = tmrt_grid(j,i)
989                 ENDDO
990              ENDDO
991           ELSE
992              DO  i = nxl, nxr
993                 DO  j = nys, nyn
994                    local_pf(i,j,nzb+1) = tmrt_av_grid(j,i)
995                 ENDDO
996              ENDDO
997           ENDIF
998
999
1000        CASE ( 'bio_perct*_xy' )        ! 2d-array
1001           grid = 'zu1'
1002           two_d = .TRUE.
1003           IF ( av == 0 )  THEN
1004              DO  i = nxl, nxr
1005                 DO  j = nys, nyn
1006                    local_pf(i,j,nzb+1) = perct(j,i)
1007                 ENDDO
1008              ENDDO
1009           ELSE
1010              DO  i = nxl, nxr
1011                 DO  j = nys, nyn
1012                    local_pf(i,j,nzb+1) = perct_av(j,i)
1013                 ENDDO
1014              ENDDO
1015           ENDIF
1016
1017
1018        CASE ( 'bio_utci*_xy' )        ! 2d-array
1019           grid = 'zu1'
1020           two_d = .TRUE.
1021           IF ( av == 0 )  THEN
1022              DO  i = nxl, nxr
1023                 DO  j = nys, nyn
1024                    local_pf(i,j,nzb+1) = utci(j,i)
1025                 ENDDO
1026              ENDDO
1027           ELSE
1028              DO  i = nxl, nxr
1029                 DO  j = nys, nyn
1030                    local_pf(i,j,nzb+1) = utci_av(j,i)
1031                 ENDDO
1032              ENDDO
1033           ENDIF
1034
1035
1036        CASE ( 'bio_pet*_xy' )        ! 2d-array
1037           grid = 'zu1'
1038           two_d = .TRUE.
1039           IF ( av == 0 )  THEN
1040              DO  i = nxl, nxr
1041                 DO  j = nys, nyn
1042                    local_pf(i,j,nzb+1) = pet(j,i)
1043                 ENDDO
1044              ENDDO
1045           ELSE
1046              DO  i = nxl, nxr
1047                 DO  j = nys, nyn
1048                    local_pf(i,j,nzb+1) = pet_av(j,i)
1049                 ENDDO
1050              ENDDO
1051           ENDIF
1052
1053!
1054!--    Before data is transfered to local_pf, transfer is it 2D dummy variable and exchange ghost points therein.
1055!--    However, at this point this is only required for instantaneous arrays, time-averaged quantities are already exchanged.
1056       CASE ( 'uvem_vitd3*_xy' )        ! 2d-array
1057          IF ( av == 0 )  THEN
1058             DO  i = nxl, nxr
1059                DO  j = nys, nyn
1060                   local_pf(i,j,nzb+1) = vitd3_exposure(j,i)
1061                ENDDO
1062             ENDDO
1063          ENDIF
1064
1065          two_d = .TRUE.
1066          grid = 'zu1'
1067
1068       CASE ( 'uvem_vitd3dose*_xy' )        ! 2d-array
1069          IF ( av == 1 )  THEN
1070             DO  i = nxl, nxr
1071                DO  j = nys, nyn
1072                   local_pf(i,j,nzb+1) = vitd3_dose(j,i)
1073                ENDDO
1074             ENDDO
1075          ENDIF
1076
1077          two_d = .TRUE.
1078          grid = 'zu1'
1079
1080
1081       CASE DEFAULT
1082          found = .FALSE.
1083          grid  = 'none'
1084
1085    END SELECT
1086
1087
1088 END SUBROUTINE bio_data_output_2d
1089
1090
1091!------------------------------------------------------------------------------!
1092! Description:
1093! ------------
1094!> Subroutine defining 3D output variables (dummy, always 2d!)
1095!> data_output_3d 709ff
1096!------------------------------------------------------------------------------!
1097 SUBROUTINE bio_data_output_3d( av, variable, found, local_pf, nzb_do, nzt_do )
1098
1099    USE indices
1100
1101    USE kinds
1102
1103
1104    IMPLICIT NONE
1105!
1106!-- Input variables
1107    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN) ::  variable   !< Char identifier to select var for output
1108    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  av       !< Use averaged data? 0 = no, 1 = yes?
1109    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  nzb_do   !< Unused. 2D. nz bottom to nz top
1110    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  nzt_do   !< Unused.
1111!
1112!-- Output variables
1113    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found   !< Output found?
1114    REAL(sp), DIMENSION(nxl:nxr,nys:nyn,nzb_do:nzt_do) ::  local_pf   !< Temp. result grid to return
1115!
1116!-- Internal variables
1117    INTEGER(iwp) ::  l    !< Running index, radiation grid
1118    INTEGER(iwp) ::  i    !< Running index, x-dir
1119    INTEGER(iwp) ::  j    !< Running index, y-dir
1120    INTEGER(iwp) ::  k    !< Running index, z-dir
1121
1122!     REAL(wp) ::  mrt  !< Buffer for mean radiant temperature
1123
1124    found = .TRUE.
1125
1126    SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
1127
1128        CASE ( 'bio_mrt' )
1129            local_pf = REAL( bio_fill_value, KIND = sp )
1130            DO  l = 1, nmrtbl
1131               i = mrtbl(ix,l)
1132               j = mrtbl(iy,l)
1133               k = mrtbl(iz,l)
1134               IF ( k < nzb_do  .OR.  k > nzt_do  .OR.  j < nys  .OR.          &
1135                  j > nyn  .OR.  i < nxl  .OR.  i > nxr )  CYCLE
1136               IF ( av == 0 )  THEN
1137                  IF ( mrt_include_sw )  THEN
1138                     local_pf(i,j,k) = REAL( ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +   &
1139                                    mrtinlw(l) ) /                             &
1140                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
1141                                    degc_to_k, KIND = sp )
1142                  ELSE
1143                     local_pf(i,j,k) = REAL( ( mrtinlw(l) /                    &
1144                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
1145                                    degc_to_k, KIND = sp )
1146                  ENDIF
1147               ELSE
1148                  local_pf(i,j,k) = REAL( mrt_av_grid(l), KIND = sp )
1149               ENDIF
1150            ENDDO
1151
1152       CASE DEFAULT
1153          found = .FALSE.
1154
1155    END SELECT
1156
1157 END SUBROUTINE bio_data_output_3d
1158
1159!------------------------------------------------------------------------------!
1160! Description:
1161! ------------
1162!> Subroutine defining appropriate grid for netcdf variables.
1163!> It is called out from subroutine netcdf_interface_mod.
1164!> netcdf_interface_mod 918ff
1165!------------------------------------------------------------------------------!
1166 SUBROUTINE bio_define_netcdf_grid( var, found, grid_x, grid_y, grid_z )
1167
1168    IMPLICIT NONE
1169!
1170!-- Input variables
1171    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)  ::  var      !< Name of output variable
1172!
1173!-- Output variables
1174    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_x   !< x grid of output variable
1175    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_y   !< y grid of output variable
1176    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_z   !< z grid of output variable
1177
1178    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  found    !< Flag if output var is found
1179!
1180!-- Local variables
1181    LOGICAL      :: is2d  !< Var is 2d?
1182
1183    INTEGER(iwp) :: l     !< Length of the var array
1184
1185
1186    found  = .FALSE.
1187    grid_x = 'none'
1188    grid_y = 'none'
1189    grid_z = 'none'
1190
1191    l = MAX( 2, LEN_TRIM( var ) )
1192    is2d = ( var(l-1:l) == 'xy' )
1193
1194    IF ( var(1:4) == 'bio_' )  THEN
1195       found  = .TRUE.
1196       grid_x = 'x'
1197       grid_y = 'y'
1198       grid_z = 'zu'
1199       IF ( is2d  .AND.  var(1:7) /= 'bio_mrt' )  grid_z = 'zu1'
1200    ENDIF
1201
1202    IF ( is2d  .AND.  var(1:4) == 'uvem' )  THEN
1203       grid_x = 'x'
1204       grid_y = 'y'
1205       grid_z = 'zu1'
1206    ENDIF
1207
1208 END SUBROUTINE bio_define_netcdf_grid
1209
1210!------------------------------------------------------------------------------!
1211! Description:
1212! ------------
1213!> Header output for biom module
1214!> header 982
1215!------------------------------------------------------------------------------!
1216 SUBROUTINE bio_header( io )
1217
1218    IMPLICIT NONE
1219!
1220!-- Input variables
1221    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io           !< Unit of the output file
1222!
1223!-- Internal variables
1224    CHARACTER (LEN=86) ::  output_height_chr  !< String for output height
1225
1226    WRITE( output_height_chr, '(F8.1,7X)' )  bio_output_height
1227!
1228!-- Write biom header
1229    WRITE( io, 1 )
1230    WRITE( io, 2 )  TRIM( output_height_chr )
1231    WRITE( io, 3 )  TRIM( ACHAR( bio_cell_level ) )
1232
12331   FORMAT (//' Human thermal comfort module information:'/                    &
1234              ' ------------------------------'/)
12352   FORMAT ('    --> All indices calculated for a height of (m): ', A )
12363   FORMAT ('    --> This corresponds to cell level : ', A )
1237
1238 END SUBROUTINE bio_header
1239
1240
1241!------------------------------------------------------------------------------!
1242! Description:
1243! ------------
1244!> Initialization of the HTCM
1245!> init_3d_model 1987ff
1246!------------------------------------------------------------------------------!
1247 SUBROUTINE bio_init
1248
1249    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
1250        ONLY:  netcdf_data_input_uvem
1251
1252    IMPLICIT NONE
1253!
1254!-- Internal vriables
1255    REAL ( wp )  :: height  !< current height in meters
1256
1257    IF ( debug_output )  CALL debug_message( 'bio_init', 'start' )
1258!
1259!-- Determine cell level corresponding to 1.1 m above ground level
1260!   (gravimetric center of sample human)
1261
1262    bio_cell_level = 0_iwp
1263    bio_output_height = 0.5_wp * dz(1)
1264    height = 0.0_wp
1265
1266    bio_cell_level = INT( 1.099_wp / dz(1) )
1267    bio_output_height = bio_output_height + bio_cell_level * dz(1)
1268!
1269!-- Set radiation level if not done by user
1270    IF ( mrt_nlevels == 0 )  THEN
1271       mrt_nlevels = bio_cell_level + 1_iwp
1272    ENDIF
1273!
1274!-- Init UVEM and load lookup tables
1275    IF ( uv_exposure )  CALL netcdf_data_input_uvem
1276
1277    IF ( debug_output )  CALL debug_message( 'bio_init', 'end' )
1278
1279 END SUBROUTINE bio_init
1280
1281
1282!------------------------------------------------------------------------------!
1283! Description:
1284! ------------
1285!> Checks done after the Initialization
1286!------------------------------------------------------------------------------!
1287 SUBROUTINE bio_init_checks
1288
1289    USE control_parameters,                                                    &
1290        ONLY: message_string
1291
1292    IF ( (.NOT. radiation_interactions) .AND. ( thermal_comfort ) )  THEN
1293       message_string = 'The mrt calculation requires ' //                     &
1294                        'enabled radiation_interactions but it ' //            &
1295                        'is disabled!'
1296       CALL message( 'bio_init_checks', 'PAHU03', 1, 2, 0, 6, 0 )
1297    ENDIF
1298
1299
1300 END SUBROUTINE bio_init_checks
1301
1302
1303!------------------------------------------------------------------------------!
1304! Description:
1305! ------------
1306!> Parin for &biometeorology_parameters for reading biomet parameters
1307!------------------------------------------------------------------------------!
1308 SUBROUTINE bio_parin
1309
1310    IMPLICIT NONE
1311
1312!
1313!-- Internal variables
1314    CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< Dummy string for current line in parameter file
1315
1316    NAMELIST /biometeorology_parameters/  thermal_comfort,                     &
1317
1318!
1319!-- UVEM namelist parameters
1320                                          clothing,                            &
1321                                          consider_obstructions,               &
1322                                          orientation_angle,                   &
1323                                          sun_in_south,                        &
1324                                          turn_to_sun,                         &
1325                                          uv_exposure
1326
1327
1328!-- Try to find biometeorology_parameters namelist
1329    REWIND ( 11 )
1330    line = ' '
1331    DO WHILE ( INDEX( line, '&biometeorology_parameters' ) == 0 )
1332       READ ( 11, '(A)', END = 20 )  line
1333    ENDDO
1334    BACKSPACE ( 11 )
1335
1336!
1337!-- Read biometeorology_parameters namelist
1338    READ ( 11, biometeorology_parameters, ERR = 10, END = 20 )
1339
1340!
1341!-- Set flag that indicates that the biomet_module is switched on
1342    biometeorology = .TRUE.
1343
1344    GOTO 20
1345
1346!
1347!-- In case of error
1348 10 BACKSPACE( 11 )
1349    READ( 11 , '(A)') line
1350    CALL parin_fail_message( 'biometeorology_parameters', line )
1351
1352!
1353!-- Complete
1354 20 CONTINUE
1355
1356
1357 END SUBROUTINE bio_parin
1358
1359!------------------------------------------------------------------------------!
1360! Description:
1361! ------------
1362!> Soubroutine reads global biometeorology configuration from restart file(s)
1363!------------------------------------------------------------------------------!
1364 SUBROUTINE bio_rrd_global( found )
1365
1366    USE control_parameters,                                                    &
1367        ONLY:  length, restart_string
1368
1369
1370    IMPLICIT NONE
1371
1372    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found      !< variable found? yes = .T., no = .F.
1373
1374    found = .TRUE.
1375
1376
1377    SELECT CASE ( restart_string(1:length) )
1378
1379!
1380!--    read control flags to determine if input grids need to be averaged
1381       CASE ( 'do_average_theta' )
1382          READ ( 13 )  do_average_theta
1383
1384       CASE ( 'do_average_q' )
1385          READ ( 13 )  do_average_q
1386
1387       CASE ( 'do_average_u' )
1388          READ ( 13 )  do_average_u
1389
1390       CASE ( 'do_average_v' )
1391          READ ( 13 )  do_average_v
1392
1393       CASE ( 'do_average_w' )
1394          READ ( 13 )  do_average_w
1395
1396       CASE ( 'do_average_mrt' )
1397          READ ( 13 )  do_average_mrt
1398
1399!
1400!--    read control flags to determine which thermal index needs to trigger averaging
1401       CASE ( 'average_trigger_perct' )
1402          READ ( 13 )  average_trigger_perct
1403
1404       CASE ( 'average_trigger_utci' )
1405          READ ( 13 )  average_trigger_utci
1406
1407       CASE ( 'average_trigger_pet' )
1408          READ ( 13 )  average_trigger_pet
1409
1410       CASE ( 'average_trigger_mrt' )
1411          READ ( 13 )  average_trigger_mrt
1412
1413
1414       CASE DEFAULT
1415
1416          found = .FALSE.
1417
1418    END SELECT
1419
1420
1421 END SUBROUTINE bio_rrd_global
1422
1423
1424!------------------------------------------------------------------------------!
1425! Description:
1426! ------------
1427!> Soubroutine reads local biometeorology configuration from restart file(s)
1428!------------------------------------------------------------------------------!
1429 SUBROUTINE bio_rrd_local( found )
1430
1431
1432    USE control_parameters,                                                    &
1433        ONLY:  length, restart_string
1434
1435
1436    IMPLICIT NONE
1437
1438
1439    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found      !< variable found? yes = .T., no = .F.
1440
1441    found = .TRUE.
1442
1443
1444    SELECT CASE ( restart_string(1:length) )
1445
1446       CASE ( 'nmrtbl' )
1447          READ ( 13 )  bio_nmrtbl
1448
1449       CASE ( 'mrt_av_grid' )
1450          IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1451             ALLOCATE( mrt_av_grid(bio_nmrtbl) )
1452          ENDIF
1453          READ ( 13 )  mrt_av_grid
1454
1455
1456       CASE DEFAULT
1457
1458          found = .FALSE.
1459
1460    END SELECT
1461
1462
1463 END SUBROUTINE bio_rrd_local
1464
1465!------------------------------------------------------------------------------!
1466! Description:
1467! ------------
1468!> Write global restart data for the biometeorology module.
1469!------------------------------------------------------------------------------!
1470 SUBROUTINE bio_wrd_global
1471
1472    IMPLICIT NONE
1473
1474    CALL wrd_write_string( 'do_average_theta' )
1475    WRITE ( 14 )  do_average_theta
1476    CALL wrd_write_string( 'do_average_q' )
1477    WRITE ( 14 )  do_average_q
1478    CALL wrd_write_string( 'do_average_u' )
1479    WRITE ( 14 )  do_average_u
1480    CALL wrd_write_string( 'do_average_v' )
1481    WRITE ( 14 )  do_average_v
1482    CALL wrd_write_string( 'do_average_w' )
1483    WRITE ( 14 )  do_average_w
1484    CALL wrd_write_string( 'do_average_mrt' )
1485    WRITE ( 14 )  do_average_mrt
1486    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_perct' )
1487    WRITE ( 14 )  average_trigger_perct
1488    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_utci' )
1489    WRITE ( 14 )  average_trigger_utci
1490    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_pet' )
1491    WRITE ( 14 )  average_trigger_pet
1492    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_mrt' )
1493    WRITE ( 14 )  average_trigger_mrt
1494
1495 END SUBROUTINE bio_wrd_global
1496
1497
1498!------------------------------------------------------------------------------!
1499! Description:
1500! ------------
1501!> Write local restart data for the biometeorology module.
1502!------------------------------------------------------------------------------!
1503 SUBROUTINE bio_wrd_local
1504
1505    IMPLICIT NONE
1506
1507!
1508!-- First nmrtbl has to be written/read, because it is the dimension of mrt_av_grid
1509    CALL wrd_write_string( 'nmrtbl' )
1510    WRITE ( 14 )  nmrtbl
1511
1512    IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1513       CALL wrd_write_string( 'mrt_av_grid' )
1514       WRITE ( 14 )  mrt_av_grid
1515    ENDIF
1516
1517
1518 END SUBROUTINE bio_wrd_local
1519
1520!------------------------------------------------------------------------------!
1521! Description:
1522! ------------
1523!> Calculate biometeorology MRT for all 2D grid
1524!------------------------------------------------------------------------------!
1525 SUBROUTINE bio_calculate_mrt_grid ( av )
1526
1527    IMPLICIT NONE
1528
1529    LOGICAL, INTENT(IN)         ::  av    !< use averaged input?
1530!
1531!-- Internal variables
1532    INTEGER(iwp)                ::  i     !< Running index, x-dir, radiation coordinates
1533    INTEGER(iwp)                ::  j     !< Running index, y-dir, radiation coordinates
1534    INTEGER(iwp)                ::  k     !< Running index, y-dir, radiation coordinates
1535    INTEGER(iwp)                ::  l     !< Running index, radiation coordinates
1536
1537
1538!
1539!-- We need to differentiate if averaged input is desired (av == .TRUE.) or not.
1540    IF ( av )  THEN
1541!
1542!-- Make sure tmrt_av_grid is present and initialize with the fill value
1543       IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_av_grid ) )  THEN
1544          ALLOCATE( tmrt_av_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
1545       ENDIF
1546       tmrt_av_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
1547
1548!
1549!-- mrt_av_grid should always be allcoated here, but better make sure ist actually is.
1550       IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1551!
1552!-- Iterate over the radiation grid (radiation coordinates) and fill the
1553!-- tmrt_av_grid (x, y coordinates) where appropriate:
1554!-- tmrt_av_grid is written for all i / j if level (k) matches output height.
1555          DO  l = 1, nmrtbl
1556             i = mrtbl(ix,l)
1557             j = mrtbl(iy,l)
1558             k = mrtbl(iz,l)
1559             IF ( k - topo_top_ind(j,i,0) == bio_cell_level + 1_iwp)  THEN
1560!
1561!-- Averaging was done before, so we can just copy the result here
1562                tmrt_av_grid(j,i) = mrt_av_grid(l)
1563
1564             ENDIF
1565          ENDDO
1566       ENDIF
1567
1568!
1569!-- In case instantaneous input is desired, mrt values will be re-calculated.
1570    ELSE
1571!
1572!-- Calculate biometeorology MRT from local radiation fluxes calculated by RTM and assign
1573!-- into 2D grid. Depending on selected output quantities, tmrt_grid might not have been
1574!-- allocated in bio_check_data_output yet.
1575       IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_grid ) )  THEN
1576          ALLOCATE( tmrt_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
1577       ENDIF
1578       tmrt_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
1579
1580       DO  l = 1, nmrtbl
1581          i = mrtbl(ix,l)
1582          j = mrtbl(iy,l)
1583          k = mrtbl(iz,l)
1584          IF ( k - topo_top_ind(j,i,0) == bio_cell_level + 1_iwp)  THEN
1585             IF ( mrt_include_sw )  THEN
1586                 tmrt_grid(j,i) = ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +              &
1587                                  mrtinlw(l) )  /                              &
1588                                  ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -       &
1589                                  degc_to_k
1590             ELSE
1591                 tmrt_grid(j,i) = ( mrtinlw(l)  /                              &
1592                                  ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -       &
1593                                  degc_to_k
1594             ENDIF
1595          ENDIF
1596       ENDDO
1597    ENDIF
1598
1599END SUBROUTINE bio_calculate_mrt_grid
1600
1601
1602!------------------------------------------------------------------------------!
1603! Description:
1604! ------------
1605!> Calculate static thermal indices for 2D grid point i, j
1606!------------------------------------------------------------------------------!
1607 SUBROUTINE bio_get_thermal_index_input_ij( average_input, i, j, ta, vp, ws,   &
1608                                            pair, tmrt )
1609
1610    IMPLICIT NONE
1611!
1612!-- Input variables
1613    LOGICAL,      INTENT ( IN ) ::  average_input  !< Determine averaged input conditions?
1614    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  i     !< Running index, x-dir
1615    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  j     !< Running index, y-dir
1616!
1617!-- Output parameters
1618    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  tmrt  !< Mean radiant temperature        (degree_C)
1619    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  ta    !< Air temperature                 (degree_C)
1620    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  vp    !< Vapour pressure                 (hPa)
1621    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  ws    !< Wind speed    (local level)     (m/s)
1622    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  pair  !< Air pressure                    (hPa)
1623!
1624!-- Internal variables
1625    INTEGER(iwp)                ::  k     !< Running index, z-dir
1626    INTEGER(iwp)                ::  k_wind  !< Running index, z-dir, wind speed only
1627
1628    REAL(wp)                    ::  vp_sat  !< Saturation vapor pressure     (hPa)
1629
1630!
1631!-- Determine cell level closest to 1.1m above ground
1632!   by making use of truncation due to int cast
1633    k = INT( topo_top_ind(j,i,0) + bio_cell_level )  !< Vertical cell center closest to 1.1m
1634
1635!
1636!-- Avoid non-representative horizontal u and v of 0.0 m/s too close to ground
1637    k_wind = k
1638    IF ( bio_cell_level < 1_iwp )  THEN
1639       k_wind = k + 1_iwp
1640    ENDIF
1641!
1642!-- Determine local values:
1643    IF ( average_input )  THEN
1644!
1645!--    Calculate ta from Tp assuming dry adiabatic laps rate
1646       ta = bio_fill_value
1647       IF ( ALLOCATED( pt_av ) )  THEN
1648          ta = pt_av(k,j,i) - ( 0.0098_wp * dz(1) * ( k + .5_wp ) ) - degc_to_k
1649       ENDIF
1650
1651       vp = bio_fill_value
1652       IF ( humidity  .AND.  ALLOCATED( q_av ) )  THEN
1653          vp = q_av(k,j,i)
1654       ENDIF
1655
1656       ws = bio_fill_value
1657       IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  ALLOCATED( v_av )  .AND.                 &
1658          ALLOCATED( w_av ) )  THEN
1659             ws = ( 0.5_wp * ABS( u_av(k_wind,j,i) + u_av(k_wind,j,i+1) )  +   &
1660             0.5_wp * ABS( v_av(k_wind,j,i) + v_av(k_wind,j+1,i) )  +          &
1661             0.5_wp * ABS( w_av(k_wind,j,i) + w_av(k_wind+1,j,i) ) )
1662       ENDIF
1663    ELSE
1664!
1665!-- Calculate ta from Tp assuming dry adiabatic laps rate
1666       ta = pt(k,j,i) - ( 0.0098_wp * dz(1) * (  k + .5_wp ) ) - degc_to_k
1667
1668       vp = bio_fill_value
1669       IF ( humidity )  THEN
1670          vp = q(k,j,i)
1671       ENDIF
1672
1673       ws = ( 0.5_wp * ABS( u(k_wind,j,i) + u(k_wind,j,i+1) )  +               &
1674          0.5_wp * ABS( v(k_wind,j,i) + v(k_wind,j+1,i) )  +                   &
1675          0.5_wp * ABS( w(k_wind,j,i) + w(k_wind+1,j,i) ) )
1676
1677    ENDIF
1678!
1679!-- Local air pressure
1680    pair = surface_pressure
1681!
1682!-- Calculate water vapour pressure at saturation and convert to hPa
1683!-- The magnus formula is limited to temperatures up to 333.15 K to
1684!   avoid negative values of vp_sat
1685    IF ( vp > -998._wp )  THEN
1686       vp_sat = 0.01_wp * magnus( MIN( ta + degc_to_k, 333.15_wp ) )
1687       vp  = vp * pair / ( vp + 0.622_wp )
1688       IF ( vp > vp_sat )  vp = vp_sat
1689    ENDIF
1690!
1691!-- local mtr value at [i,j]
1692    tmrt = bio_fill_value  !< this can be a valid result (e.g. for inside some ostacle)
1693    IF ( .NOT. average_input )  THEN
1694!
1695!--    Use MRT from RTM precalculated in tmrt_grid
1696       tmrt = tmrt_grid(j,i)
1697    ELSE
1698       tmrt = tmrt_av_grid(j,i)
1699    ENDIF
1700
1701 END SUBROUTINE bio_get_thermal_index_input_ij
1702
1703
1704!------------------------------------------------------------------------------!
1705! Description:
1706! ------------
1707!> Calculate static thermal indices for any point within a 2D grid
1708!> time_integration.f90: 1065ff
1709!------------------------------------------------------------------------------!
1710 SUBROUTINE bio_calculate_thermal_index_maps( av )
1711
1712    IMPLICIT NONE
1713!
1714!-- Input attributes
1715    LOGICAL, INTENT ( IN ) ::  av  !< Calculate based on averaged input conditions?
1716!
1717!-- Internal variables
1718    INTEGER(iwp) ::  i, j     !< Running index
1719
1720    REAL(wp) ::  clo          !< Clothing index                (no dimension)
1721    REAL(wp) ::  ta           !< Air temperature                  (degree_C)
1722    REAL(wp) ::  vp           !< Vapour pressure                  (hPa)
1723    REAL(wp) ::  ws           !< Wind speed    (local level)      (m/s)
1724    REAL(wp) ::  pair         !< Air pressure                     (hPa)
1725    REAL(wp) ::  perct_ij     !< Perceived temperature            (degree_C)
1726    REAL(wp) ::  utci_ij      !< Universal thermal climate index  (degree_C)
1727    REAL(wp) ::  pet_ij       !< Physiologically equivalent temperature  (degree_C)
1728    REAL(wp) ::  tmrt_ij      !< Mean radiant temperature         (degree_C)
1729
1730!
1731!-- Check if some thermal index is desired. Don't do anything if, e.g. only
1732!-- bio_mrt is desired.
1733    IF ( do_calculate_perct  .OR.  do_calculate_perct_av  .OR.                 &
1734       do_calculate_utci  .OR.  do_calculate_utci_av  .OR.                     &
1735       do_calculate_pet  .OR.  do_calculate_pet_av  .OR.                       &
1736       do_calculate_mrt2d )  THEN
1737
1738!
1739!--    fill out the MRT 2D grid from appropriate source (RTM, RRTMG,...)
1740       CALL bio_calculate_mrt_grid ( av )
1741
1742       DO  i = nxl, nxr
1743          DO  j = nys, nyn
1744!
1745!--          Determine local input conditions
1746             tmrt_ij = bio_fill_value
1747             vp      = bio_fill_value
1748!
1749!--          Determine local meteorological conditions
1750             CALL bio_get_thermal_index_input_ij ( av, i, j, ta, vp,           &
1751                                                   ws, pair, tmrt_ij )
1752!
1753!--          Only proceed if input is available
1754             pet_ij   = bio_fill_value   !< set fail value, e.g. valid for
1755             perct_ij = bio_fill_value   !< within some obstacle
1756             utci_ij  = bio_fill_value
1757             IF ( .NOT. ( tmrt_ij <= -998._wp  .OR.  vp <= -998._wp  .OR.      &
1758                ws <= -998._wp  .OR.  ta <= -998._wp ) )  THEN
1759!
1760!--             Calculate static thermal indices based on local tmrt
1761                clo = bio_fill_value
1762
1763                IF ( do_calculate_perct  .OR.  do_calculate_perct_av )  THEN
1764!
1765!--                Estimate local perceived temperature
1766                   CALL calculate_perct_static( ta, vp, ws, tmrt_ij, pair,     &
1767                      clo, perct_ij )
1768                ENDIF
1769
1770                IF ( do_calculate_utci  .OR.  do_calculate_utci_av )  THEN
1771!
1772!--                Estimate local universal thermal climate index
1773                   CALL calculate_utci_static( ta, vp, ws, tmrt_ij,            &
1774                      bio_output_height, utci_ij )
1775                ENDIF
1776
1777                IF ( do_calculate_pet  .OR.  do_calculate_pet_av )  THEN
1778!
1779!--                Estimate local physiologically equivalent temperature
1780                   CALL calculate_pet_static( ta, vp, ws, tmrt_ij, pair,       &
1781                      pet_ij )
1782                ENDIF
1783             ENDIF
1784
1785
1786             IF ( av )  THEN
1787!
1788!--             Write results for selected averaged indices
1789                IF ( do_calculate_perct_av )  THEN
1790                   perct_av(j, i) = perct_ij
1791                ENDIF
1792                IF ( do_calculate_utci_av )  THEN
1793                   utci_av(j, i) = utci_ij
1794                ENDIF
1795                IF ( do_calculate_pet_av )  THEN
1796                   pet_av(j, i)  = pet_ij
1797                ENDIF
1798             ELSE
1799!
1800!--             Write result for selected indices
1801                IF ( do_calculate_perct )  THEN
1802                   perct(j, i) = perct_ij
1803                ENDIF
1804                IF ( do_calculate_utci )  THEN
1805                   utci(j, i) = utci_ij
1806                ENDIF
1807                IF ( do_calculate_pet )  THEN
1808                   pet(j, i)  = pet_ij
1809                ENDIF
1810             ENDIF
1811
1812          ENDDO
1813       ENDDO
1814    ENDIF
1815
1816 END SUBROUTINE bio_calculate_thermal_index_maps
1817
1818!------------------------------------------------------------------------------!
1819! Description:
1820! ------------
1821!> Calculate dynamic thermal indices (currently only iPT, but expandable)
1822!------------------------------------------------------------------------------!
1823 SUBROUTINE bio_calc_ipt( ta, vp, ws, pair, tmrt, dt, energy_storage,          &
1824    t_clo, clo, actlev, age, weight, height, work, sex, ipt )
1825
1826    IMPLICIT NONE
1827!
1828!-- Input parameters
1829    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta   !< Air temperature                  (degree_C)
1830    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  vp   !< Vapour pressure                  (hPa)
1831    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ws   !< Wind speed    (local level)      (m/s)
1832    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pair !< Air pressure                     (hPa)
1833    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  tmrt !< Mean radiant temperature         (degree_C)
1834    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  dt   !< Time past since last calculation (s)
1835    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  age  !< Age of agent                     (y)
1836    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  weight  !< Weight of agent               (Kg)
1837    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  height  !< Height of agent               (m)
1838    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  work    !< Mechanical workload of agent
1839                                         !  (without metabolism!)         (W)
1840    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  sex  !< Sex of agent (1 = male, 2 = female)
1841!
1842!-- Both, input and output parameters
1843    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  energy_storage    !< Energy storage   (W/m²)
1844    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  t_clo   !< Clothing temperature       (degree_C)
1845    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  clo     !< Current clothing in sulation
1846    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  actlev  !< Individuals activity level
1847                                            !  per unit surface area      (W/m²)
1848!
1849!-- Output parameters
1850    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  ipt    !< Instationary perceived temp.   (degree_C)
1851!
1852!-- return immediatelly if nothing to do!
1853    IF ( .NOT. thermal_comfort )  THEN
1854        RETURN
1855    ENDIF
1856!
1857!-- If clo equals the initial value, this is the initial call
1858    IF ( clo <= -998._wp )  THEN
1859!
1860!--    Initialize instationary perceived temperature with personalized
1861!      PT as an initial guess, set actlev and clo
1862       CALL ipt_init( age, weight, height, sex, work, actlev, clo,            &
1863          ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, energy_storage, t_clo,                   &
1864          ipt )
1865    ELSE
1866!
1867!--    Estimate local instatinoary perceived temperature
1868       CALL ipt_cycle ( ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, energy_storage, t_clo,     &
1869          clo, actlev, work, ipt )
1870    ENDIF
1871
1872 END SUBROUTINE bio_calc_ipt
1873
1874
1875
1876!------------------------------------------------------------------------------!
1877! Description:
1878! ------------
1879!> SUBROUTINE for calculating UTCI Temperature (UTCI)
1880!> computed by a 6th order approximation
1881!>
1882!> UTCI regression equation after
1883!> Bröde P, Fiala D, Blazejczyk K, Holmér I, Jendritzky G, Kampmann B, Tinz B,
1884!> Havenith G (2012) Deriving the operational procedure for the Universal Thermal
1885!> Climate Index (UTCI). International Journal of Biometeorology 56 (3):481-494.
1886!> doi:10.1007/s00484-011-0454-1
1887!>
1888!> original source available at:
1889!> www.utci.org
1890!------------------------------------------------------------------------------!
1891 SUBROUTINE calculate_utci_static( ta_in, vp, ws_hag, tmrt, hag, utci_ij )
1892
1893    IMPLICIT NONE
1894!
1895!-- Type of input of the argument list
1896    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  ta_in    !< Local air temperature (degree_C)
1897    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  vp       !< Loacl vapour pressure (hPa)
1898    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  ws_hag   !< Incident wind speed (m/s)
1899    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  tmrt     !< Local mean radiant temperature (degree_C)
1900    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  hag      !< Height of wind speed input (m)
1901!
1902!-- Type of output of the argument list
1903    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  utci_ij  !< Universal Thermal Climate Index (degree_C)
1904
1905    REAL(WP) ::  ta           !< air temperature modified by offset (degree_C)
1906    REAL(WP) ::  pa           !< air pressure in kPa      (kPa)
1907    REAL(WP) ::  d_tmrt       !< delta-tmrt               (degree_C)
1908    REAL(WP) ::  va           !< wind speed at 10 m above ground level    (m/s)
1909    REAL(WP) ::  offset       !< utci deviation by ta cond. exceeded      (degree_C)
1910    REAL(WP) ::  part_ta      !< Air temperature related part of the regression
1911    REAL(WP) ::  ta2          !< 2 times ta
1912    REAL(WP) ::  ta3          !< 3 times ta
1913    REAL(WP) ::  ta4          !< 4 times ta
1914    REAL(WP) ::  ta5          !< 5 times ta
1915    REAL(WP) ::  ta6          !< 6 times ta
1916    REAL(WP) ::  part_va      !< Vapour pressure related part of the regression
1917    REAL(WP) ::  va2          !< 2 times va
1918    REAL(WP) ::  va3          !< 3 times va
1919    REAL(WP) ::  va4          !< 4 times va
1920    REAL(WP) ::  va5          !< 5 times va
1921    REAL(WP) ::  va6          !< 6 times va
1922    REAL(WP) ::  part_d_tmrt  !< Mean radiant temp. related part of the reg.
1923    REAL(WP) ::  d_tmrt2      !< 2 times d_tmrt
1924    REAL(WP) ::  d_tmrt3      !< 3 times d_tmrt
1925    REAL(WP) ::  d_tmrt4      !< 4 times d_tmrt
1926    REAL(WP) ::  d_tmrt5      !< 5 times d_tmrt
1927    REAL(WP) ::  d_tmrt6      !< 6 times d_tmrt
1928    REAL(WP) ::  part_pa      !< Air pressure related part of the regression
1929    REAL(WP) ::  pa2          !< 2 times pa
1930    REAL(WP) ::  pa3          !< 3 times pa
1931    REAL(WP) ::  pa4          !< 4 times pa
1932    REAL(WP) ::  pa5          !< 5 times pa
1933    REAL(WP) ::  pa6          !< 6 times pa
1934    REAL(WP) ::  part_pa2     !< Air pressure^2 related part of the regression
1935    REAL(WP) ::  part_pa3     !< Air pressure^3 related part of the regression
1936    REAL(WP) ::  part_pa46    !< Air pressure^4-6 related part of the regression
1937
1938!
1939!-- Initialize
1940    offset = 0._wp
1941    ta = ta_in
1942    d_tmrt = tmrt - ta_in
1943!
1944!-- Use vapour pressure in kpa
1945    pa = vp / 10.0_wp
1946!
1947!-- Wind altitude correction from hag to 10m after Broede et al. (2012), eq.3
1948!-- z(0) is set to 0.01 according to UTCI profile definition
1949    va = ws_hag *  log ( 10.0_wp / 0.01_wp ) / log ( hag / 0.01_wp )
1950!
1951!-- Check if input values in range after Broede et al. (2012)
1952    IF ( ( d_tmrt > 70._wp )  .OR.  ( d_tmrt < -30._wp )  .OR.                 &
1953       ( vp >= 50._wp ) )  THEN
1954       utci_ij = bio_fill_value
1955       RETURN
1956    ENDIF
1957!
1958!-- Apply eq. 2 in Broede et al. (2012) for ta out of bounds
1959    IF ( ta > 50._wp )  THEN
1960       offset = ta - 50._wp
1961       ta = 50._wp
1962    ENDIF
1963    IF ( ta < -50._wp )  THEN
1964       offset = ta + 50._wp
1965       ta = -50._wp
1966    ENDIF
1967!
1968!-- For routine application. For wind speeds and relative
1969!-- humidity values below 0.5 m/s or 5%, respectively, the
1970!-- user is advised to use the lower bounds for the calculations.
1971    IF ( va < 0.5_wp )  va = 0.5_wp
1972    IF ( va > 17._wp )  va = 17._wp
1973
1974!
1975!-- Pre-calculate multiples of input parameters to save time later
1976
1977    ta2 = ta  * ta
1978    ta3 = ta2 * ta
1979    ta4 = ta3 * ta
1980    ta5 = ta4 * ta
1981    ta6 = ta5 * ta
1982
1983    va2 = va  * va
1984    va3 = va2 * va
1985    va4 = va3 * va
1986    va5 = va4 * va
1987    va6 = va5 * va
1988
1989    d_tmrt2 = d_tmrt  * d_tmrt
1990    d_tmrt3 = d_tmrt2 * d_tmrt
1991    d_tmrt4 = d_tmrt3 * d_tmrt
1992    d_tmrt5 = d_tmrt4 * d_tmrt
1993    d_tmrt6 = d_tmrt5 * d_tmrt
1994
1995    pa2 = pa  * pa
1996    pa3 = pa2 * pa
1997    pa4 = pa3 * pa
1998    pa5 = pa4 * pa
1999    pa6 = pa5 * pa
2000
2001!
2002!-- Pre-calculate parts of the regression equation
2003    part_ta = (  6.07562052e-01_wp )       +                                   &
2004              ( -2.27712343e-02_wp ) * ta  +                                   &
2005              (  8.06470249e-04_wp ) * ta2 +                                   &
2006              ( -1.54271372e-04_wp ) * ta3 +                                   &
2007              ( -3.24651735e-06_wp ) * ta4 +                                   &
2008              (  7.32602852e-08_wp ) * ta5 +                                   &
2009              (  1.35959073e-09_wp ) * ta6
2010
2011    part_va = ( -2.25836520e+00_wp ) * va +                                    &
2012        (  8.80326035e-02_wp ) * ta  * va +                                    &
2013        (  2.16844454e-03_wp ) * ta2 * va +                                    &
2014        ( -1.53347087e-05_wp ) * ta3 * va +                                    &
2015        ( -5.72983704e-07_wp ) * ta4 * va +                                    &
2016        ( -2.55090145e-09_wp ) * ta5 * va +                                    &
2017        ( -7.51269505e-01_wp ) *       va2 +                                   &
2018        ( -4.08350271e-03_wp ) * ta  * va2 +                                   &
2019        ( -5.21670675e-05_wp ) * ta2 * va2 +                                   &
2020        (  1.94544667e-06_wp ) * ta3 * va2 +                                   &
2021        (  1.14099531e-08_wp ) * ta4 * va2 +                                   &
2022        (  1.58137256e-01_wp ) *       va3 +                                   &
2023        ( -6.57263143e-05_wp ) * ta  * va3 +                                   &
2024        (  2.22697524e-07_wp ) * ta2 * va3 +                                   &
2025        ( -4.16117031e-08_wp ) * ta3 * va3 +                                   &
2026        ( -1.27762753e-02_wp ) *       va4 +                                   &
2027        (  9.66891875e-06_wp ) * ta  * va4 +                                   &
2028        (  2.52785852e-09_wp ) * ta2 * va4 +                                   &
2029        (  4.56306672e-04_wp ) *       va5 +                                   &
2030        ( -1.74202546e-07_wp ) * ta  * va5 +                                   &
2031        ( -5.91491269e-06_wp ) * va6
2032
2033    part_d_tmrt = (  3.98374029e-01_wp ) *       d_tmrt +                      &
2034            (  1.83945314e-04_wp ) * ta  *       d_tmrt +                      &
2035            ( -1.73754510e-04_wp ) * ta2 *       d_tmrt +                      &
2036            ( -7.60781159e-07_wp ) * ta3 *       d_tmrt +                      &
2037            (  3.77830287e-08_wp ) * ta4 *       d_tmrt +                      &
2038            (  5.43079673e-10_wp ) * ta5 *       d_tmrt +                      &
2039            ( -2.00518269e-02_wp ) *       va  * d_tmrt +                      &
2040            (  8.92859837e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt +                      &
2041            (  3.45433048e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt +                      &
2042            ( -3.77925774e-07_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt +                      &
2043            ( -1.69699377e-09_wp ) * ta4 * va  * d_tmrt +                      &
2044            (  1.69992415e-04_wp ) *       va2 * d_tmrt +                      &
2045            ( -4.99204314e-05_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt +                      &
2046            (  2.47417178e-07_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt +                      &
2047            (  1.07596466e-08_wp ) * ta3 * va2 * d_tmrt +                      &
2048            (  8.49242932e-05_wp ) *       va3 * d_tmrt +                      &
2049            (  1.35191328e-06_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt +                      &
2050            ( -6.21531254e-09_wp ) * ta2 * va3 * d_tmrt +                      &
2051            ( -4.99410301e-06_wp ) * va4 *       d_tmrt +                      &
2052            ( -1.89489258e-08_wp ) * ta  * va4 * d_tmrt +                      &
2053            (  8.15300114e-08_wp ) *       va5 * d_tmrt +                      &
2054            (  7.55043090e-04_wp ) *             d_tmrt2 +                     &
2055            ( -5.65095215e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 +                     &
2056            ( -4.52166564e-07_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 +                     &
2057            (  2.46688878e-08_wp ) * ta3 *       d_tmrt2 +                     &
2058            (  2.42674348e-10_wp ) * ta4 *       d_tmrt2 +                     &
2059            (  1.54547250e-04_wp ) *       va  * d_tmrt2 +                     &
2060            (  5.24110970e-06_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 +                     &
2061            ( -8.75874982e-08_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt2 +                     &
2062            ( -1.50743064e-09_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt2 +                     &
2063            ( -1.56236307e-05_wp ) *       va2 * d_tmrt2 +                     &
2064            ( -1.33895614e-07_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt2 +                     &
2065            (  2.49709824e-09_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt2 +                     &
2066            (  6.51711721e-07_wp ) *       va3 * d_tmrt2 +                     &
2067            (  1.94960053e-09_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt2 +                     &
2068            ( -1.00361113e-08_wp ) *       va4 * d_tmrt2 +                     &
2069            ( -1.21206673e-05_wp ) *             d_tmrt3 +                     &
2070            ( -2.18203660e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 +                     &
2071            (  7.51269482e-09_wp ) * ta2 *       d_tmrt3 +                     &
2072            (  9.79063848e-11_wp ) * ta3 *       d_tmrt3 +                     &
2073            (  1.25006734e-06_wp ) *       va  * d_tmrt3 +                     &
2074            ( -1.81584736e-09_wp ) * ta  * va  * d_tmrt3 +                     &
2075            ( -3.52197671e-10_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt3 +                     &
2076            ( -3.36514630e-08_wp ) *       va2 * d_tmrt3 +                     &
2077            (  1.35908359e-10_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt3 +                     &
2078            (  4.17032620e-10_wp ) *       va3 * d_tmrt3 +                     &
2079            ( -1.30369025e-09_wp ) *             d_tmrt4 +                     &
2080            (  4.13908461e-10_wp ) * ta  *       d_tmrt4 +                     &
2081            (  9.22652254e-12_wp ) * ta2 *       d_tmrt4 +                     &
2082            ( -5.08220384e-09_wp ) *       va  * d_tmrt4 +                     &
2083            ( -2.24730961e-11_wp ) * ta  * va  * d_tmrt4 +                     &
2084            (  1.17139133e-10_wp ) *       va2 * d_tmrt4 +                     &
2085            (  6.62154879e-10_wp ) *             d_tmrt5 +                     &
2086            (  4.03863260e-13_wp ) * ta  *       d_tmrt5 +                     &
2087            (  1.95087203e-12_wp ) *       va  * d_tmrt5 +                     &
2088            ( -4.73602469e-12_wp ) *             d_tmrt6
2089
2090    part_pa = (  5.12733497e+00_wp ) *                pa +                     &
2091       ( -3.12788561e-01_wp ) * ta  *                 pa +                     &
2092       ( -1.96701861e-02_wp ) * ta2 *                 pa +                     &
2093       (  9.99690870e-04_wp ) * ta3 *                 pa +                     &
2094       (  9.51738512e-06_wp ) * ta4 *                 pa +                     &
2095       ( -4.66426341e-07_wp ) * ta5 *                 pa +                     &
2096       (  5.48050612e-01_wp ) *       va  *           pa +                     &
2097       ( -3.30552823e-03_wp ) * ta  * va  *           pa +                     &
2098       ( -1.64119440e-03_wp ) * ta2 * va  *           pa +                     &
2099       ( -5.16670694e-06_wp ) * ta3 * va  *           pa +                     &
2100       (  9.52692432e-07_wp ) * ta4 * va  *           pa +                     &
2101       ( -4.29223622e-02_wp ) *       va2 *           pa +                     &
2102       (  5.00845667e-03_wp ) * ta  * va2 *           pa +                     &
2103       (  1.00601257e-06_wp ) * ta2 * va2 *           pa +                     &
2104       ( -1.81748644e-06_wp ) * ta3 * va2 *           pa +                     &
2105       ( -1.25813502e-03_wp ) *       va3 *           pa +                     &
2106       ( -1.79330391e-04_wp ) * ta  * va3 *           pa +                     &
2107       (  2.34994441e-06_wp ) * ta2 * va3 *           pa +                     &
2108       (  1.29735808e-04_wp ) *       va4 *           pa +                     &
2109       (  1.29064870e-06_wp ) * ta  * va4 *           pa +                     &
2110       ( -2.28558686e-06_wp ) *       va5 *           pa +                     &
2111       ( -3.69476348e-02_wp ) *             d_tmrt  * pa +                     &
2112       (  1.62325322e-03_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa +                     &
2113       ( -3.14279680e-05_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa +                     &
2114       (  2.59835559e-06_wp ) * ta3 *       d_tmrt  * pa +                     &
2115       ( -4.77136523e-08_wp ) * ta4 *       d_tmrt  * pa +                     &
2116       (  8.64203390e-03_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa +                     &
2117       ( -6.87405181e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2118       ( -9.13863872e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2119       (  5.15916806e-07_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2120       ( -3.59217476e-05_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2121       (  3.28696511e-05_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2122       ( -7.10542454e-07_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2123       ( -1.24382300e-05_wp ) *       va3 * d_tmrt  * pa +                     &
2124       ( -7.38584400e-09_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt  * pa +                     &
2125       (  2.20609296e-07_wp ) *       va4 * d_tmrt  * pa +                     &
2126       ( -7.32469180e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa +                     &
2127       ( -1.87381964e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa +                     &
2128       (  4.80925239e-06_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 * pa +                     &
2129       ( -8.75492040e-08_wp ) * ta3 *       d_tmrt2 * pa +                     &
2130       (  2.77862930e-05_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2131       ( -5.06004592e-06_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2132       (  1.14325367e-07_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2133       (  2.53016723e-06_wp ) *       va2 * d_tmrt2 * pa +                     &
2134       ( -1.72857035e-08_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt2 * pa +                     &
2135       ( -3.95079398e-08_wp ) *       va3 * d_tmrt2 * pa +                     &
2136       ( -3.59413173e-07_wp ) *             d_tmrt3 * pa +                     &
2137       (  7.04388046e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 * pa +                     &
2138       ( -1.89309167e-08_wp ) * ta2 *       d_tmrt3 * pa +                     &
2139       ( -4.79768731e-07_wp ) *       va  * d_tmrt3 * pa +                     &
2140       (  7.96079978e-09_wp ) * ta  * va  * d_tmrt3 * pa +                     &
2141       (  1.62897058e-09_wp ) *       va2 * d_tmrt3 * pa +                     &
2142       (  3.94367674e-08_wp ) *             d_tmrt4 * pa +                     &
2143       ( -1.18566247e-09_wp ) * ta *        d_tmrt4 * pa +                     &
2144       (  3.34678041e-10_wp ) *       va  * d_tmrt4 * pa +                     &
2145       ( -1.15606447e-10_wp ) *             d_tmrt5 * pa
2146
2147    part_pa2 = ( -2.80626406e+00_wp ) *               pa2 +                    &
2148       (  5.48712484e-01_wp ) * ta  *                 pa2 +                    &
2149       ( -3.99428410e-03_wp ) * ta2 *                 pa2 +                    &
2150       ( -9.54009191e-04_wp ) * ta3 *                 pa2 +                    &
2151       (  1.93090978e-05_wp ) * ta4 *                 pa2 +                    &
2152       ( -3.08806365e-01_wp ) *       va *            pa2 +                    &
2153       (  1.16952364e-02_wp ) * ta  * va *            pa2 +                    &
2154       (  4.95271903e-04_wp ) * ta2 * va *            pa2 +                    &
2155       ( -1.90710882e-05_wp ) * ta3 * va *            pa2 +                    &
2156       (  2.10787756e-03_wp ) *       va2 *           pa2 +                    &
2157       ( -6.98445738e-04_wp ) * ta  * va2 *           pa2 +                    &
2158       (  2.30109073e-05_wp ) * ta2 * va2 *           pa2 +                    &
2159       (  4.17856590e-04_wp ) *       va3 *           pa2 +                    &
2160       ( -1.27043871e-05_wp ) * ta  * va3 *           pa2 +                    &
2161       ( -3.04620472e-06_wp ) *       va4 *           pa2 +                    &
2162       (  5.14507424e-02_wp ) *             d_tmrt  * pa2 +                    &
2163       ( -4.32510997e-03_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2164       (  8.99281156e-05_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2165       ( -7.14663943e-07_wp ) * ta3 *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2166       ( -2.66016305e-04_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2167       (  2.63789586e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2168       ( -7.01199003e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2169       ( -1.06823306e-04_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2170       (  3.61341136e-06_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2171       (  2.29748967e-07_wp ) *       va3 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2172       (  3.04788893e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa2 +                    &
2173       ( -6.42070836e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa2 +                    &
2174       (  1.16257971e-06_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 * pa2 +                    &
2175       (  7.68023384e-06_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2176       ( -5.47446896e-07_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2177       ( -3.59937910e-08_wp ) *       va2 * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2178       ( -4.36497725e-06_wp ) *             d_tmrt3 * pa2 +                    &
2179       (  1.68737969e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 * pa2 +                    &
2180       (  2.67489271e-08_wp ) *       va  * d_tmrt3 * pa2 +                    &
2181       (  3.23926897e-09_wp ) *             d_tmrt4 * pa2
2182
2183    part_pa3 = ( -3.53874123e-02_wp ) *               pa3 +                    &
2184       ( -2.21201190e-01_wp ) * ta  *                 pa3 +                    &
2185       (  1.55126038e-02_wp ) * ta2 *                 pa3 +                    &
2186       ( -2.63917279e-04_wp ) * ta3 *                 pa3 +                    &
2187       (  4.53433455e-02_wp ) *       va  *           pa3 +                    &
2188       ( -4.32943862e-03_wp ) * ta  * va  *           pa3 +                    &
2189       (  1.45389826e-04_wp ) * ta2 * va  *           pa3 +                    &
2190       (  2.17508610e-04_wp ) *       va2 *           pa3 +                    &
2191       ( -6.66724702e-05_wp ) * ta  * va2 *           pa3 +                    &
2192       (  3.33217140e-05_wp ) *       va3 *           pa3 +                    &
2193       ( -2.26921615e-03_wp ) *             d_tmrt  * pa3 +                    &
2194       (  3.80261982e-04_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa3 +                    &
2195       ( -5.45314314e-09_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa3 +                    &
2196       ( -7.96355448e-04_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa3 +                    &
2197       (  2.53458034e-05_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa3 +                    &
2198       ( -6.31223658e-06_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa3 +                    &
2199       (  3.02122035e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa3 +                    &
2200       ( -4.77403547e-06_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa3 +                    &
2201       (  1.73825715e-06_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa3 +                    &
2202       ( -4.09087898e-07_wp ) *             d_tmrt3 * pa3
2203
2204    part_pa46 = (  6.14155345e-01_wp ) *              pa4 +                    &
2205       ( -6.16755931e-02_wp ) * ta  *                 pa4 +                    &
2206       (  1.33374846e-03_wp ) * ta2 *                 pa4 +                    &
2207       (  3.55375387e-03_wp ) *       va  *           pa4 +                    &
2208       ( -5.13027851e-04_wp ) * ta  * va  *           pa4 +                    &
2209       (  1.02449757e-04_wp ) *       va2 *           pa4 +                    &
2210       ( -1.48526421e-03_wp ) *             d_tmrt  * pa4 +                    &
2211       ( -4.11469183e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa4 +                    &
2212       ( -6.80434415e-06_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa4 +                    &
2213       ( -9.77675906e-06_wp ) *             d_tmrt2 * pa4 +                    &
2214       (  8.82773108e-02_wp ) *                       pa5 +                    &
2215       ( -3.01859306e-03_wp ) * ta  *                 pa5 +                    &
2216       (  1.04452989e-03_wp ) *       va  *           pa5 +                    &
2217       (  2.47090539e-04_wp ) *             d_tmrt  * pa5 +                    &
2218       (  1.48348065e-03_wp ) *                       pa6
2219!
2220!-- Calculate 6th order polynomial as approximation
2221    utci_ij = ta + part_ta + part_va + part_d_tmrt + part_pa + part_pa2 +      &
2222        part_pa3 + part_pa46
2223!
2224!-- Consider offset in result
2225    utci_ij = utci_ij + offset
2226
2227 END SUBROUTINE calculate_utci_static
2228
2229
2230
2231
2232!------------------------------------------------------------------------------!
2233! Description:
2234! ------------
2235!> calculate_perct_static: Estimation of perceived temperature (PT, degree_C)
2236!> Value of perct is the Perceived Temperature, degree centigrade
2237!------------------------------------------------------------------------------!
2238 SUBROUTINE calculate_perct_static( ta, vp, ws, tmrt, pair, clo, perct_ij )
2239
2240    IMPLICIT NONE
2241!
2242!-- Type of input of the argument list
2243    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ta   !< Local air temperature (degC)
2244    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: vp   !< Local vapour pressure (hPa)
2245    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: tmrt !< Local mean radiant temperature (degC)
2246    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ws   !< Local wind velocitry (m/s)
2247    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pair !< Local barometric air pressure (hPa)
2248!
2249!-- Type of output of the argument list
2250    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: perct_ij  !< Perceived temperature (degC)
2251    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: clo       !< Clothing index (dimensionless)
2252!
2253!-- Parameters for standard "Klima-Michel"
2254    REAL(wp), PARAMETER :: eta = 0._wp  !< Mechanical work efficiency for walking on flat ground
2255                                        !< (compare to Fanger (1972) pp 24f)
2256    REAL(wp), PARAMETER :: actlev = 134.6862_wp  !< Workload by activity per standardized surface (A_Du)
2257!
2258!-- Type of program variables
2259    REAL(wp), PARAMETER :: eps = 0.0005  !< Accuracy in clothing insulation (clo) for evaluation the root of Fanger's PMV (pmva=0)
2260    REAL(wp) ::  sclo           !< summer clothing insulation
2261    REAL(wp) ::  wclo           !< winter clothing insulation
2262    REAL(wp) ::  d_pmv          !< PMV deviation (dimensionless --> PMV)
2263    REAL(wp) ::  svp_ta         !< saturation vapor pressure    (hPa)
2264    REAL(wp) ::  sult_lim       !< threshold for sultrieness    (hPa)
2265    REAL(wp) ::  dgtcm          !< Mean deviation dependent on perct
2266    REAL(wp) ::  dgtcstd        !< Mean deviation plus its standard deviation
2267    REAL(wp) ::  clon           !< clo for neutral conditions   (clo)
2268    REAL(wp) ::  ireq_minimal   !< Minimal required clothing insulation (clo)
2269    REAL(wp) ::  pmv_w          !< Fangers predicted mean vote for winter clothing
2270    REAL(wp) ::  pmv_s          !< Fangers predicted mean vote for summer clothing
2271    REAL(wp) ::  pmva           !< adjusted predicted mean vote
2272    REAL(wp) ::  ptc            !< perceived temp. for cold conditions (degree_C)
2273    REAL(wp) ::  d_std          !< factor to threshold for sultriness
2274    REAL(wp) ::  pmvs           !< pred. mean vote considering sultrieness
2275
2276    INTEGER(iwp) :: ncount      !< running index
2277    INTEGER(iwp) :: nerr_cold   !< error number (cold conditions)
2278    INTEGER(iwp) :: nerr        !< error number
2279
2280    LOGICAL :: sultrieness
2281!
2282!-- Initialise
2283    perct_ij = bio_fill_value
2284
2285    nerr     = 0_iwp
2286    ncount   = 0_iwp
2287    sultrieness  = .FALSE.
2288!
2289!-- Tresholds: clothing insulation (account for model inaccuracies)
2290!
2291!-- summer clothing
2292    sclo     = 0.44453_wp
2293!
2294!-- winter clothing
2295    wclo     = 1.76267_wp
2296!
2297!-- decision: firstly calculate for winter or summer clothing
2298    IF ( ta <= 10._wp )  THEN
2299!
2300!--    First guess: winter clothing insulation: cold stress
2301       clo = wclo
2302       CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2303       pmv_w = pmva
2304
2305       IF ( pmva > 0._wp )  THEN
2306!
2307!--       Case summer clothing insulation: heat load ?
2308          clo = sclo
2309          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2310          pmv_s = pmva
2311          IF ( pmva <= 0._wp )  THEN
2312!
2313!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
2314!--          Between winter and summer set values
2315             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,      &
2316                pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
2317             IF ( ncount < 0_iwp )  THEN
2318                nerr = -1_iwp
2319                RETURN
2320             ENDIF
2321          ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
2322             clo = 0.5_wp
2323             CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta,           &
2324                           pmva )
2325          ENDIF
2326       ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
2327          clo = 1.75_wp
2328          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2329       ENDIF
2330    ELSE
2331!
2332!--    First guess: summer clothing insulation: heat load
2333       clo = sclo
2334       CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2335       pmv_s = pmva
2336
2337       IF ( pmva < 0._wp )  THEN
2338!
2339!--       Case winter clothing insulation: cold stress ?
2340          clo = wclo
2341          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2342          pmv_w = pmva
2343
2344          IF ( pmva >= 0._wp )  THEN
2345!
2346!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
2347!--          between winter and summer set values
2348             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,      &
2349                               pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
2350             IF ( ncount < 0_iwp )  THEN
2351                nerr = -1_iwp
2352                RETURN
2353             ENDIF
2354          ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
2355             clo = 1.75_wp
2356             CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta,           &
2357                           pmva )
2358          ENDIF
2359       ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
2360          clo = 0.5_wp
2361          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2362       ENDIF
2363
2364    ENDIF
2365!
2366!-- Determine perceived temperature by regression equation + adjustments
2367    pmvs = pmva
2368    CALL perct_regression( pmva, clo, perct_ij )
2369    ptc = perct_ij
2370    IF ( clo >= 1.75_wp  .AND.  pmva <= -0.11_wp )  THEN
2371!
2372!--    Adjust for cold conditions according to Gagge 1986
2373       CALL dpmv_cold ( pmva, ta, ws, tmrt, nerr_cold, d_pmv )
2374       IF ( nerr_cold > 0_iwp )  nerr = -5_iwp
2375       pmvs = pmva - d_pmv
2376       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
2377          d_pmv  = 0._wp
2378          pmvs   = -0.11_wp
2379       ENDIF
2380       CALL perct_regression( pmvs, clo, perct_ij )
2381    ENDIF
2382!     clo_fanger = clo
2383    clon = clo
2384    IF ( clo > 0.5_wp  .AND.  perct_ij <= 8.73_wp )  THEN
2385!
2386!--    Required clothing insulation (ireq) is exclusively defined for
2387!--    perceived temperatures (perct) less 10 (C) for a
2388!--    reference wind of 0.2 m/s according to 8.73 (C) for 0.1 m/s
2389       clon = ireq_neutral ( perct_ij, ireq_minimal, nerr )
2390       clo = clon
2391    ENDIF
2392    CALL calc_sultr( ptc, dgtcm, dgtcstd, sult_lim )
2393    sultrieness    = .FALSE.
2394    d_std = -99._wp
2395    IF ( pmva > 0.06_wp  .AND.  clo <= 0.5_wp )  THEN
2396!
2397!--    Adjust for warm/humid conditions according to Gagge 1986
2398       CALL saturation_vapor_pressure ( ta, svp_ta )
2399       d_pmv  = deltapmv ( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
2400       pmvs   = pmva + d_pmv
2401       CALL perct_regression( pmvs, clo, perct_ij )
2402       IF ( sult_lim < 99._wp )  THEN
2403          IF ( (perct_ij - ptc) > sult_lim )  sultrieness = .TRUE.
2404!
2405!--       Set factor to threshold for sultriness
2406          IF ( ABS( dgtcstd ) > 0.00001_wp )  THEN
2407             d_std = ( ( perct_ij - ptc ) - dgtcm ) / dgtcstd
2408          ENDIF
2409       ENDIF
2410    ENDIF
2411
2412 END SUBROUTINE calculate_perct_static
2413
2414!------------------------------------------------------------------------------!
2415! Description:
2416! ------------
2417!> The SUBROUTINE calculates the (saturation) water vapour pressure
2418!> (hPa = hecto Pascal) for a given temperature ta (degC).
2419!> 'ta' can be the air temperature or the dew point temperature. The first will
2420!> result in the current vapor pressure (hPa), the latter will calulate the
2421!> saturation vapor pressure (hPa).
2422!------------------------------------------------------------------------------!
2423 SUBROUTINE saturation_vapor_pressure( ta, svp_ta )
2424
2425    IMPLICIT NONE
2426
2427    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta     !< ambient air temperature (degC)
2428    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  svp_ta !< water vapour pressure (hPa)
2429
2430    REAL(wp)      ::  b
2431    REAL(wp)      ::  c
2432
2433
2434    IF ( ta < 0._wp )  THEN
2435!
2436!--    ta  < 0 (degC): water vapour pressure over ice
2437       b = 17.84362_wp
2438       c = 245.425_wp
2439    ELSE
2440!
2441!--    ta >= 0 (degC): water vapour pressure over water
2442       b = 17.08085_wp
2443       c = 234.175_wp
2444    ENDIF
2445!
2446!-- Saturation water vapour pressure
2447    svp_ta = 6.1078_wp * EXP( b * ta / ( c + ta ) )
2448
2449 END SUBROUTINE saturation_vapor_pressure
2450
2451!------------------------------------------------------------------------------!
2452! Description:
2453! ------------
2454!> Find the clothing insulation value clo_res (clo) to make Fanger's Predicted
2455!> Mean Vote (PMV) equal comfort (pmva=0) for actual meteorological conditions
2456!> (ta,tmrt, vp, ws, pair) and values of individual's activity level
2457!------------------------------------------------------------------------------!
2458 SUBROUTINE iso_ridder( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,             &
2459                       pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, nerr,               &
2460                       clo_res )
2461
2462    IMPLICIT NONE
2463!
2464!-- Input variables of argument list:
2465    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ta       !< Ambient temperature (degC)
2466    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: tmrt     !< Mean radiant temperature (degC)
2467    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: vp       !< Water vapour pressure (hPa)
2468    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ws       !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
2469    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pair     !< Barometric air pressure (hPa)
2470    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: actlev   !< Individuals activity level per unit surface area (W/m2)
2471    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: eta      !< Individuals work efficiency (dimensionless)
2472    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: sclo     !< Lower threshold of bracketing clothing insulation (clo)
2473    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: wclo     !< Upper threshold of bracketing clothing insulation (clo)
2474    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: eps      !< (0.05) accuracy in clothing insulation (clo) for
2475!                                          evaluation the root of Fanger's PMV (pmva=0)
2476    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pmv_w    !< Fanger's PMV corresponding to wclo
2477    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pmv_s    !< Fanger's PMV corresponding to sclo
2478!
2479!-- Output variables of argument list:
2480    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: pmva     !< 0 (set to zero, because clo is evaluated for comfort)
2481    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: clo_res  !< Resulting clothing insulation value (clo)
2482    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) :: nerr !< Error status / quality flag
2483                                         !< nerr >= 0, o.k., and nerr is the number of iterations for convergence
2484                                         !< nerr = -1: error = malfunction of Ridder's convergence method
2485                                         !< nerr = -2: error = maximum iterations (max_iteration) exceeded
2486                                         !< nerr = -3: error = root not bracketed between sclo and wclo
2487!
2488!-- Type of program variables
2489    INTEGER(iwp), PARAMETER  ::  max_iteration = 15_iwp       !< max number of iterations
2490    REAL(wp),     PARAMETER  ::  guess_0       = -1.11e30_wp  !< initial guess
2491    REAL(wp) ::  x_ridder    !< current guess for clothing insulation   (clo)
2492    REAL(wp) ::  clo_lower   !< lower limit of clothing insulation      (clo)
2493    REAL(wp) ::  clo_upper   !< upper limit of clothing insulation      (clo)
2494    REAL(wp) ::  x_lower     !< lower guess for clothing insulation     (clo)
2495    REAL(wp) ::  x_upper     !< upper guess for clothing insulation     (clo)
2496    REAL(wp) ::  x_average   !< average of x_lower and x_upper          (clo)
2497    REAL(wp) ::  x_new       !< preliminary result for clothing insulation (clo)
2498    REAL(wp) ::  y_lower     !< predicted mean vote for summer clothing
2499    REAL(wp) ::  y_upper     !< predicted mean vote for winter clothing
2500    REAL(wp) ::  y_average   !< average of y_lower and y_upper
2501    REAL(wp) ::  y_new       !< preliminary result for pred. mean vote
2502    REAL(wp) ::  sroot       !< sqrt of PMV-guess
2503    INTEGER(iwp) ::  j       !< running index
2504!
2505!-- Initialise
2506    nerr    = 0_iwp
2507!
2508!-- Set pmva = 0 (comfort): Root of PMV depending on clothing insulation
2509    x_ridder    = bio_fill_value
2510    pmva        = 0._wp
2511    clo_lower   = sclo
2512    y_lower     = pmv_s
2513    clo_upper   = wclo
2514    y_upper     = pmv_w
2515    IF ( ( y_lower > 0._wp  .AND.  y_upper < 0._wp )  .OR.                     &
2516         ( y_lower < 0._wp  .AND.  y_upper > 0._wp ) )  THEN
2517       x_lower  = clo_lower
2518       x_upper  = clo_upper
2519       x_ridder = guess_0
2520
2521       DO  j = 1_iwp, max_iteration
2522          x_average = 0.5_wp * ( x_lower + x_upper )
2523          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, x_average, actlev, eta,        &
2524                        y_average )
2525          sroot = SQRT( y_average**2 - y_lower * y_upper )
2526          IF ( ABS( sroot ) < 0.00001_wp )  THEN
2527             clo_res = x_average
2528             nerr = j
2529             RETURN
2530          ENDIF
2531          x_new = x_average + ( x_average - x_lower ) *                        &
2532                      ( SIGN ( 1._wp, y_lower - y_upper ) * y_average / sroot )
2533          IF ( ABS( x_new - x_ridder ) <= eps )  THEN
2534             clo_res = x_ridder
2535             nerr       = j
2536             RETURN
2537          ENDIF
2538          x_ridder = x_new
2539          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, x_ridder, actlev, eta,         &
2540                        y_new )
2541          IF ( ABS( y_new ) < 0.00001_wp )  THEN
2542             clo_res = x_ridder
2543             nerr       = j
2544             RETURN
2545          ENDIF
2546          IF ( ABS( SIGN( y_average, y_new ) - y_average ) > 0.00001_wp )  THEN
2547             x_lower = x_average
2548             y_lower = y_average
2549             x_upper  = x_ridder
2550             y_upper  = y_new
2551          ELSE IF ( ABS( SIGN( y_lower, y_new ) - y_lower ) > 0.00001_wp )  THEN
2552             x_upper  = x_ridder
2553             y_upper  = y_new
2554          ELSE IF ( ABS( SIGN( y_upper, y_new ) - y_upper ) > 0.00001_wp )  THEN
2555             x_lower = x_ridder
2556             y_lower = y_new
2557          ELSE
2558!
2559!--          Never get here in x_ridder: singularity in y
2560             nerr    = -1_iwp
2561             clo_res = x_ridder
2562             RETURN
2563          ENDIF
2564          IF ( ABS( x_upper - x_lower ) <= eps )  THEN
2565             clo_res = x_ridder
2566             nerr    = j
2567             RETURN
2568          ENDIF
2569       ENDDO
2570!
2571!--    x_ridder exceed maximum iterations
2572       nerr       = -2_iwp
2573       clo_res = y_new
2574       RETURN
2575    ELSE IF ( ABS( y_lower ) < 0.00001_wp )  THEN
2576       x_ridder = clo_lower
2577    ELSE IF ( ABS( y_upper ) < 0.00001_wp )  THEN
2578       x_ridder = clo_upper
2579    ELSE
2580!
2581!--    x_ridder not bracketed by u_clo and o_clo
2582       nerr = -3_iwp
2583       clo_res = x_ridder
2584       RETURN
2585    ENDIF
2586
2587 END SUBROUTINE iso_ridder
2588
2589!------------------------------------------------------------------------------!
2590! Description:
2591! ------------
2592!> Regression relations between perceived temperature (perct) and (adjusted)
2593!> PMV. The regression presumes the Klima-Michel settings for reference
2594!> individual and reference environment.
2595!------------------------------------------------------------------------------!
2596 SUBROUTINE perct_regression( pmv, clo, perct_ij )
2597
2598    IMPLICIT NONE
2599
2600    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pmv   !< Fangers predicted mean vote (dimensionless)
2601    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  clo   !< clothing insulation index (clo)
2602
2603    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  perct_ij   !< perct (degC) corresponding to given PMV / clo
2604
2605    IF ( pmv <= -0.11_wp )  THEN
2606       perct_ij = 5.805_wp + 12.6784_wp * pmv
2607    ELSE
2608       IF ( pmv >= + 0.01_wp )  THEN
2609          perct_ij = 16.826_wp + 6.163_wp * pmv
2610       ELSE
2611          perct_ij = 21.258_wp - 9.558_wp * clo
2612       ENDIF
2613    ENDIF
2614
2615 END SUBROUTINE perct_regression
2616
2617!------------------------------------------------------------------------------!
2618! Description:
2619! ------------
2620!> FANGER.F90
2621!>
2622!> SI-VERSION: ACTLEV W m-2, DAMPFDRUCK hPa
2623!> Berechnet das aktuelle Predicted Mean Vote nach Fanger
2624!>
2625!> The case of free convection (ws < 0.1 m/s) is dealt with ws = 0.1 m/s
2626!------------------------------------------------------------------------------!
2627 SUBROUTINE fanger( ta, tmrt, pa, in_ws, pair, in_clo, actlev, eta, pmva )
2628
2629    IMPLICIT NONE
2630!
2631!-- Input variables of argument list:
2632    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  ta       !< Ambient air temperature (degC)
2633    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  tmrt     !< Mean radiant temperature (degC)
2634    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pa       !< Water vapour pressure (hPa)
2635    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pair     !< Barometric pressure (hPa) at site
2636    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  in_ws    !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
2637    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  in_clo   !< Clothing insulation (clo)
2638    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  actlev   !< Individuals activity level per unit surface area (W/m2)
2639    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  eta      !< Individuals mechanical work efficiency (dimensionless)
2640!
2641!-- Output variables of argument list:
2642    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  pmva    !< Actual Predicted Mean Vote (PMV,
2643                                         !< dimensionless) according to Fanger corresponding to meteorological
2644                                         !< (ta,tmrt,pa,ws,pair) and individual variables (clo, actlev, eta)
2645!
2646!-- Internal variables
2647    REAL(wp) ::  f_cl         !< Increase in surface due to clothing    (factor)
2648    REAL(wp) ::  heat_convection  !< energy loss by autocnvection       (W)
2649    REAL(wp) ::  activity     !< persons activity  (must stay == actlev, W)
2650    REAL(wp) ::  t_skin_aver  !< average skin temperature               (degree_C)
2651    REAL(wp) ::  bc           !< preliminary result storage
2652    REAL(wp) ::  cc           !< preliminary result storage
2653    REAL(wp) ::  dc           !< preliminary result storage
2654    REAL(wp) ::  ec           !< preliminary result storage
2655    REAL(wp) ::  gc           !< preliminary result storage
2656    REAL(wp) ::  t_clothing   !< clothing temperature                   (degree_C)
2657    REAL(wp) ::  hr           !< radiational heat resistence
2658    REAL(wp) ::  clo          !< clothing insulation index              (clo)
2659    REAL(wp) ::  ws           !< wind speed                             (m/s)
2660    REAL(wp) ::  z1           !< Empiric factor for the adaption of the heat
2661                              !< ballance equation to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
2662    REAL(wp) ::  z2           !< Water vapour diffution through the skin
2663    REAL(wp) ::  z3           !< Sweat evaporation from the skin surface
2664    REAL(wp) ::  z4           !< Loss of latent heat through respiration
2665    REAL(wp) ::  z5           !< Loss of radiational heat
2666    REAL(wp) ::  z6           !< Heat loss through forced convection
2667    INTEGER(iwp) :: i         !< running index
2668!
2669!-- Clo must be > 0. to avoid div. by 0!
2670    clo = in_clo
2671    IF ( clo <= 0._wp )  clo = .001_wp
2672!
2673!-- f_cl = Increase in surface due to clothing
2674    f_cl = 1._wp + .15_wp * clo
2675!
2676!-- Case of free convection (ws < 0.1 m/s ) not considered
2677    ws = in_ws
2678    IF ( ws < .1_wp )  THEN
2679       ws = .1_wp
2680    ENDIF
2681!
2682!-- Heat_convection = forced convection
2683    heat_convection = 12.1_wp * SQRT( ws * pair / 1013.25_wp )
2684!
2685!-- Activity = inner heat produktion per standardized surface
2686    activity = actlev * ( 1._wp - eta )
2687!
2688!-- T_skin_aver = average skin temperature
2689    t_skin_aver = 35.7_wp - .0275_wp * activity
2690!
2691!-- Calculation of constants for evaluation below
2692    bc = .155_wp * clo * 3.96_wp * 10._wp**( -8 ) * f_cl
2693    cc = f_cl * heat_convection
2694    ec = .155_wp * clo
2695    dc = ( 1._wp + ec * cc ) / bc
2696    gc = ( t_skin_aver + bc * ( tmrt + degc_to_k )**4 + ec * cc * ta ) / bc
2697!
2698!-- Calculation of clothing surface temperature (t_clothing) based on
2699!-- Newton-approximation with air temperature as initial guess
2700    t_clothing = ta
2701    DO  i = 1, 3
2702       t_clothing = t_clothing - ( ( t_clothing + degc_to_k )**4 + t_clothing  &
2703          * dc - gc ) / ( 4._wp * ( t_clothing + degc_to_k )**3 + dc )
2704    ENDDO
2705!
2706!-- Empiric factor for the adaption of the heat ballance equation
2707!-- to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
2708    z1 = ( .303_wp * EXP( -.036_wp * actlev ) + .0275_wp )
2709!
2710!-- Water vapour diffution through the skin
2711    z2 = .31_wp * ( 57.3_wp - .07_wp * activity-pa )
2712!
2713!-- Sweat evaporation from the skin surface
2714    z3 = .42_wp * ( activity - 58._wp )
2715!
2716!-- Loss of latent heat through respiration
2717    z4 = .0017_wp * actlev * ( 58.7_wp - pa ) + .0014_wp * actlev *            &
2718      ( 34._wp - ta )
2719!
2720!-- Loss of radiational heat
2721    z5 = 3.96e-8_wp * f_cl * ( ( t_clothing + degc_to_k )**4 - ( tmrt +        &
2722       degc_to_k )**4 )
2723    IF ( ABS( t_clothing - tmrt ) > 0._wp )  THEN
2724       hr = z5 / f_cl / ( t_clothing - tmrt )
2725    ELSE
2726       hr = 0._wp
2727    ENDIF
2728!
2729!-- Heat loss through forced convection cc*(t_clothing-TT)
2730    z6 = cc * ( t_clothing - ta )
2731!
2732!-- Predicted Mean Vote
2733    pmva = z1 * ( activity - z2 - z3 - z4 - z5 - z6 )
2734
2735 END SUBROUTINE fanger
2736
2737!------------------------------------------------------------------------------!
2738! Description:
2739! ------------
2740!> For pmva > 0 and clo =0.5 the increment (deltapmv) is calculated
2741!> that converts pmva into Gagge's et al. (1986) PMV*.
2742!------------------------------------------------------------------------------!
2743 REAL(wp) FUNCTION deltapmv( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
2744
2745    IMPLICIT NONE
2746
2747!
2748!-- Input variables of argument list:
2749    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: pmva     !< Actual Predicted Mean Vote (PMV) according to Fanger
2750    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: ta       !< Ambient temperature (degC) at screen level
2751    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: vp       !< Water vapour pressure (hPa) at screen level
2752    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: svp_ta   !< Saturation water vapour pressure (hPa) at ta
2753    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: tmrt     !< Mean radiant temperature (degC) at screen level
2754    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: ws       !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
2755
2756!
2757!-- Output variables of argument list:
2758    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) :: nerr     !< Error status / quality flag
2759                                             !<  0 = o.k.
2760                                             !< -2 = pmva outside valid regression range
2761                                             !< -3 = rel. humidity set to 5 % or 95 %, respectively
2762                                             !< -4 = deltapmv set to avoid pmvs < 0
2763
2764!
2765!-- Internal variables:
2766    REAL(wp) ::  pmv          !< temp storage og predicted mean vote
2767    REAL(wp) ::  pa_p50       !< ratio actual water vapour pressure to that of relative humidity of 50 %
2768    REAL(wp) ::  pa           !< vapor pressure (hPa) with hard bounds
2769    REAL(wp) ::  apa          !< natural logarithm of pa (with hard lower border)
2770    REAL(wp) ::  dapa         !< difference of apa and pa_p50
2771    REAL(wp) ::  sqvel        !< square root of local wind velocity
2772    REAL(wp) ::  dtmrt        !< difference mean radiation to air temperature
2773    REAL(wp) ::  p10          !< lower bound for pa
2774    REAL(wp) ::  p95          !< upper bound for pa
2775    REAL(wp) ::  weight       !<
2776    REAL(wp) ::  weight2      !<
2777    REAL(wp) ::  dpmv_1       !<
2778    REAL(wp) ::  dpmv_2       !<
2779    REAL(wp) ::  pmvs         !<
2780    INTEGER(iwp) :: nreg      !<
2781
2782!
2783!-- Regression coefficients:
2784    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpmv = (/                          &
2785     -0.0556602_wp, -0.1528680_wp, -0.2336104_wp, -0.2789387_wp,               &
2786     -0.3551048_wp, -0.4304076_wp, -0.4884961_wp, -0.4897495_wp /)
2787
2788    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpa_p50 = (/                       &
2789     -0.1607154_wp, -0.4177296_wp, -0.4120541_wp, -0.0886564_wp,               &
2790      0.4285938_wp,  0.6281256_wp,  0.5067361_wp,  0.3965169_wp /)
2791
2792    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpa = (/                           &
2793      0.0580284_wp,  0.0836264_wp,  0.1009919_wp,  0.1020777_wp,               &
2794      0.0898681_wp,  0.0839116_wp,  0.0853258_wp,  0.0866589_wp /)
2795
2796    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bapa = (/                          &
2797     -1.7838788_wp, -2.9306231_wp, -1.6350334_wp,   0.6211547_wp,              &
2798      3.3918083_wp,  5.5521025_wp,  8.4897418_wp,  16.6265851_wp /)
2799
2800    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bdapa = (/                         &
2801      1.6752720_wp,  2.7379504_wp,  1.2940526_wp,  -1.0985759_wp,              &
2802     -3.9054732_wp, -6.0403012_wp, -8.9437119_wp, -17.0671201_wp /)
2803
2804    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bsqvel = (/                        &
2805     -0.0315598_wp, -0.0286272_wp, -0.0009228_wp,  0.0483344_wp,               &
2806      0.0992366_wp,  0.1491379_wp,  0.1951452_wp,  0.2133949_wp /)
2807
2808    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bta = (/                           &
2809      0.0953986_wp,  0.1524760_wp,  0.0564241_wp, -0.0893253_wp,               &
2810     -0.2398868_wp, -0.3515237_wp, -0.5095144_wp, -0.9469258_wp /)
2811
2812    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bdtmrt = (/                        &
2813     -0.0004672_wp, -0.0000514_wp, -0.0018037_wp, -0.0049440_wp,               &
2814     -0.0069036_wp, -0.0075844_wp, -0.0079602_wp, -0.0089439_wp /)
2815
2816    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  aconst = (/                        &
2817      1.8686215_wp,  3.4260713_wp,   2.0116185_wp,  -0.7777552_wp,             &
2818     -4.6715853_wp, -7.7314281_wp, -11.7602578_wp, -23.5934198_wp /)
2819
2820
2821!
2822!-- Test for compliance with regression range
2823    IF ( pmva < -1.0_wp  .OR.  pmva > 7.0_wp )  THEN
2824       nerr = -2_iwp
2825    ELSE
2826       nerr = 0_iwp
2827    ENDIF
2828!
2829!-- Initialise classic PMV
2830    pmv  = pmva
2831!
2832!-- Water vapour pressure of air
2833    p10  = 0.05_wp * svp_ta
2834    p95  = 1.00_wp * svp_ta
2835    IF ( vp >= p10  .AND.  vp <= p95 )  THEN
2836       pa = vp
2837    ELSE
2838       nerr = -3_iwp
2839       IF ( vp < p10 )  THEN
2840!
2841!--       Due to conditions of regression: r.H. >= 5 %
2842          pa = p10
2843       ELSE
2844!
2845!--       Due to conditions of regression: r.H. <= 95 %
2846          pa = p95
2847       ENDIF
2848    ENDIF
2849    IF ( pa > 0._wp )  THEN
2850!
2851!--    Natural logarithm of pa
2852       apa = LOG( pa )
2853    ELSE
2854       apa = -5._wp
2855    ENDIF
2856!
2857!-- Ratio actual water vapour pressure to that of a r.H. of 50 %
2858    pa_p50   = 0.5_wp * svp_ta
2859    IF ( pa_p50 > 0._wp  .AND.  pa > 0._wp )  THEN
2860       dapa   = apa - LOG( pa_p50 )
2861       pa_p50 = pa / pa_p50
2862    ELSE
2863       dapa   = -5._wp
2864       pa_p50 = 0._wp
2865    ENDIF
2866!
2867!-- Square root of wind velocity
2868    IF ( ws >= 0._wp )  THEN
2869       sqvel = SQRT( ws )
2870    ELSE
2871       sqvel = 0._wp
2872    ENDIF
2873!
2874!-- Difference mean radiation to air temperature
2875    dtmrt = tmrt - ta
2876!
2877!-- Select the valid regression coefficients
2878    nreg = INT( pmv )
2879    IF ( nreg < 0_iwp )  THEN
2880!
2881!--    value of the FUNCTION in the case pmv <= -1
2882       deltapmv = 0._wp
2883       RETURN
2884    ENDIF
2885    weight = MOD ( pmv, 1._wp )
2886    IF ( weight < 0._wp )  weight = 0._wp
2887    IF ( nreg > 5_iwp )  THEN
2888       nreg  = 5_iwp
2889       weight   = pmv - 5._wp
2890       weight2  = pmv - 6._wp
2891       IF ( weight2 > 0_iwp )  THEN
2892          weight = ( weight - weight2 ) / weight
2893       ENDIF
2894    ENDIF
2895!
2896!-- Regression valid for 0. <= pmv <= 6., bounds are checked above
2897    dpmv_1 =                                                                   &
2898       + bpa(nreg) * pa                                                        &
2899       + bpmv(nreg) * pmv                                                      &
2900       + bapa(nreg) * apa                                                      &
2901       + bta(nreg) * ta                                                        &
2902       + bdtmrt(nreg) * dtmrt                                                  &
2903       + bdapa(nreg) * dapa                                                    &
2904       + bsqvel(nreg) * sqvel                                                  &
2905       + bpa_p50(nreg) * pa_p50                                                &
2906       + aconst(nreg)
2907
2908!    dpmv_2 = 0._wp
2909!    IF ( nreg < 6_iwp )  THEN  !< nreg is always <= 5, see above
2910    dpmv_2 =                                                                   &
2911       + bpa(nreg+1_iwp)     * pa                                              &
2912       + bpmv(nreg+1_iwp)    * pmv                                             &
2913       + bapa(nreg+1_iwp)    * apa                                             &
2914       + bta(nreg+1_iwp)     * ta                                              &
2915       + bdtmrt(nreg+1_iwp)  * dtmrt                                           &
2916       + bdapa(nreg+1_iwp)   * dapa                                            &
2917       + bsqvel(nreg+1_iwp)  * sqvel                                           &
2918       + bpa_p50(nreg+1_iwp) * pa_p50                                          &
2919       + aconst(nreg+1_iwp)
2920!    ENDIF
2921!
2922!-- Calculate pmv modification
2923    deltapmv = ( 1._wp - weight ) * dpmv_1 + weight * dpmv_2
2924    pmvs = pmva + deltapmv
2925    IF ( ( pmvs ) < 0._wp )  THEN
2926!
2927!--    Prevent negative pmv* due to problems with clothing insulation
2928       nerr = -4_iwp
2929       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
2930!
2931!--       Threshold from perct_regression for winter clothing insulation
2932          deltapmv = deltapmv + 0.11_wp
2933       ELSE
2934!
2935!--       Set pmvs to "0" for compliance with summer clothing insulation
2936          deltapmv = -1._wp * pmva
2937       ENDIF
2938    ENDIF
2939
2940 END FUNCTION deltapmv
2941
2942!------------------------------------------------------------------------------!
2943! Description:
2944! ------------
2945!> The subroutine "calc_sultr" returns a threshold value to perceived
2946!> temperature allowing to decide whether the actual perceived temperature
2947!> is linked to perecption of sultriness. The threshold values depends
2948!> on the Fanger's classical PMV, expressed here as perceived temperature
2949!> perct.
2950!------------------------------------------------------------------------------!
2951 SUBROUTINE calc_sultr( perct_ij, dperctm, dperctstd, sultr_res )
2952
2953    IMPLICIT NONE
2954!
2955!-- Input of the argument list:
2956    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  perct_ij      !< Classical perceived temperature: Base is Fanger's PMV
2957!
2958!-- Additional output variables of argument list:
2959    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  dperctm    !< Mean deviation perct (classical gt) to gt* (rational gt
2960                                            !< calculated based on Gagge's rational PMV*)
2961    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  dperctstd  !< dperctm plus its standard deviation times a factor
2962                                            !< determining the significance to perceive sultriness
2963    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  sultr_res
2964!
2965!-- Types of coefficients mean deviation: third order polynomial
2966    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctka =  7.5776086_wp
2967    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkb = -0.740603_wp
2968    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkc =  0.0213324_wp
2969    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkd = -0.00027797237_wp
2970!
2971!-- Types of coefficients mean deviation plus standard deviation
2972!-- regression coefficients: third order polynomial
2973    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsa =  0.0268918_wp
2974    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsb =  0.0465957_wp
2975    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsc = -0.00054709752_wp
2976    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsd =  0.0000063714823_wp
2977!
2978!-- Factor to mean standard deviation defining SIGNificance for
2979!-- sultriness
2980    REAL(wp), PARAMETER :: faktor = 1._wp
2981!
2982!-- Initialise
2983    sultr_res = 99._wp
2984    dperctm   = 0._wp
2985    dperctstd = 999999._wp
2986
2987    IF ( perct_ij < 16.826_wp  .OR.  perct_ij > 56._wp )  THEN
2988!
2989!--    Unallowed value of classical perct!
2990       RETURN
2991    ENDIF
2992!
2993!-- Mean deviation dependent on perct
2994    dperctm = dperctka + dperctkb * perct_ij + dperctkc * perct_ij**2._wp +    &
2995       dperctkd * perct_ij**3._wp
2996!
2997!-- Mean deviation plus its standard deviation
2998    dperctstd = dperctsa + dperctsb * perct_ij + dperctsc * perct_ij**2._wp +  &
2999       dperctsd * perct_ij**3._wp
3000!
3001!-- Value of the FUNCTION
3002    sultr_res = dperctm + faktor * dperctstd
3003    IF ( ABS( sultr_res ) > 99._wp )  sultr_res = +99._wp
3004
3005 END SUBROUTINE calc_sultr
3006
3007!------------------------------------------------------------------------------!
3008! Description:
3009! ------------
3010!> Multiple linear regression to calculate an increment delta_cold,
3011!> to adjust Fanger's classical PMV (pmva) by Gagge's 2 node model,
3012!> applying Fanger's convective heat transfer coefficient, hcf.
3013!> Wind velocitiy of the reference environment is 0.10 m/s
3014!------------------------------------------------------------------------------!
3015 SUBROUTINE dpmv_cold( pmva, ta, ws, tmrt, nerr, dpmv_cold_res )
3016
3017    IMPLICIT NONE
3018!
3019!-- Type of input arguments
3020    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pmva   !< Fanger's classical predicted mean vote
3021    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  ta     !< Air temperature 2 m above ground (degC)
3022    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  ws     !< Relative wind velocity 1 m above ground (m/s)
3023    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  tmrt   !< Mean radiant temperature (degC)
3024!
3025!-- Type of output argument
3026    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) ::  nerr !< Error indicator: 0 = o.k., +1 = denominator for intersection = 0
3027    REAL(wp),     INTENT ( OUT ) ::  dpmv_cold_res    !< Increment to adjust pmva according to the results of Gagge's
3028                                                      !< 2 node model depending on the input
3029!
3030!-- Type of program variables
3031    REAL(wp) ::  delta_cold(3)
3032    REAL(wp) ::  pmv_cross(2)
3033    REAL(wp) ::  reg_a(3)
3034    REAL(wp) ::  r_denominator  !< the regression equations denominator
3035    REAL(wp) ::  dtmrt          !< delta mean radiant temperature
3036    REAL(wp) ::  sqrt_ws        !< sqare root of wind speed
3037    INTEGER(iwp) ::  i          !< running index
3038    INTEGER(iwp) ::  i_bin      !< result row number
3039
3040!    REAL(wp) ::  coeff(3,5)  !< unsafe! array is (re-)writable!
3041!    coeff(1,1:5) =                                                             &
3042!       (/ +0.161_wp,   +0.130_wp, -1.125E-03_wp, +1.106E-03_wp, -4.570E-04_wp /)
3043!    coeff(2,1:5) =                                                             &
3044!       (/  0.795_wp,    0.713_wp, -8.880E-03_wp, -1.803E-03_wp, -2.816E-03_wp /)
3045!    coeff(3,1:5) =                                                             &
3046!       (/ +0.05761_wp, +0.458_wp, -1.829E-02_wp, -5.577E-03_wp, -1.970E-03_wp /)
3047
3048!
3049!-- Coefficient of the 3 regression lines:
3050!      1:const      2:*pmva    3:*ta          4:*sqrt_ws     5:*dtmrt
3051    REAL(wp), DIMENSION(1:3,1:5), PARAMETER ::  coeff = RESHAPE( (/            &
3052        0.161_wp,   0.130_wp, -1.125E-03_wp,  1.106E-03_wp, -4.570E-04_wp,     &
3053        0.795_wp,   0.713_wp, -8.880E-03_wp, -1.803E-03_wp, -2.816E-03_wp,     &
3054        0.05761_wp, 0.458_wp, -1.829E-02_wp, -5.577E-03_wp, -1.970E-03_wp      &
3055       /), SHAPE(coeff), order=(/ 2, 1 /) )
3056!
3057!-- Initialise
3058    nerr           = 0_iwp
3059    dpmv_cold_res  = 0._wp
3060    dtmrt          = tmrt - ta
3061    sqrt_ws        = ws
3062    IF ( sqrt_ws < 0.1_wp )  THEN
3063       sqrt_ws = 0.1_wp
3064    ELSE
3065       sqrt_ws = SQRT( sqrt_ws )
3066    ENDIF
3067
3068    delta_cold = 0._wp
3069    pmv_cross = pmva
3070
3071!
3072!-- Determine regression constant for given meteorological conditions
3073    DO  i = 1, 3
3074       reg_a(i) = coeff(i,1) + coeff(i,3) * ta + coeff(i,4) *                  &
3075                  sqrt_ws + coeff(i,5)*dtmrt
3076       delta_cold(i) = reg_a(i) + coeff(i,2) * pmva
3077    ENDDO
3078!
3079!-- Intersection points of regression lines in terms of Fanger's PMV
3080    DO  i = 1, 2
3081       r_denominator = coeff(i,2) - coeff(i+1,2)
3082       IF ( ABS( r_denominator ) > 0.00001_wp )  THEN
3083          pmv_cross(i) = ( reg_a(i+1) - reg_a(i) ) / r_denominator
3084       ELSE
3085          nerr = 1_iwp
3086          RETURN
3087       ENDIF
3088    ENDDO
3089!
3090!-- Select result row number
3091    i_bin = 3
3092    DO  i = 1, 2
3093       IF ( pmva > pmv_cross(i) )  THEN
3094          i_bin = i
3095          EXIT
3096       ENDIF
3097    ENDDO
3098!
3099!-- Adjust to operative temperature scaled according
3100!-- to classical PMV (Fanger)
3101    dpmv_cold_res = delta_cold(i_bin) - dpmv_cold_adj(pmva)
3102
3103 END SUBROUTINE dpmv_cold
3104
3105!------------------------------------------------------------------------------!
3106! Description:
3107! ------------
3108!> Calculates the summand dpmv_cold_adj adjusting to the operative temperature
3109!> scaled according to classical PMV (Fanger) for cold conditions.
3110!> Valid for reference environment: v (1m) = 0.10 m/s, dTMRT = 0 K, r.h. = 50 %
3111!------------------------------------------------------------------------------!
3112 REAL(wp) FUNCTION dpmv_cold_adj( pmva )
3113
3114    IMPLICIT NONE
3115
3116    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pmva        !< (adjusted) Predicted Mean Vote
3117
3118    REAL(wp)      ::  pmv     !< pmv-part of the regression
3119    INTEGER(iwp)  ::  i       !< running index
3120    INTEGER(iwp)  ::  thr     !< thermal range
3121!
3122!-- Provide regression coefficients for three thermal ranges:
3123!--    slightly cold  cold           very cold
3124    REAL(wp), DIMENSION(1:3,0:3), PARAMETER ::  coef = RESHAPE( (/             &
3125       0.0941540_wp, -0.1506620_wp, -0.0871439_wp,                             &
3126       0.0783162_wp, -1.0612651_wp,  0.1695040_wp,                             &
3127       0.1350144_wp, -1.0049144_wp, -0.0167627_wp,                             &
3128       0.1104037_wp, -0.2005277_wp, -0.0003230_wp                              &
3129       /), SHAPE(coef), order=(/ 2, 1 /) )
3130!
3131!-- Select thermal range
3132    IF ( pmva <= -2.1226_wp )  THEN     !< very cold
3133       thr = 3_iwp
3134    ELSE IF ( pmva <= -1.28_wp )  THEN  !< cold
3135       thr = 2_iwp
3136    ELSE                                !< slightly cold
3137       thr = 1_iwp
3138    ENDIF
3139!
3140!-- Initialize
3141    dpmv_cold_adj = coef(thr,0)
3142    pmv           = 1._wp
3143!
3144!-- Calculate pmv adjustment (dpmv_cold_adj)
3145    DO  i = 1, 3
3146       pmv           = pmv * pmva
3147       dpmv_cold_adj = dpmv_cold_adj + coef(thr,i) * pmv
3148    ENDDO
3149
3150    RETURN
3151 END FUNCTION dpmv_cold_adj
3152
3153!------------------------------------------------------------------------------!
3154! Description:
3155! ------------
3156!> Based on perceived temperature (perct) as input, ireq_neutral determines
3157!> the required clothing insulation (clo) for thermally neutral conditions
3158!> (neither body cooling nor body heating). It is related to the Klima-
3159!> Michel activity level (134.682 W/m2). IREQ_neutral is only defined
3160!> for perct < 10 (degC)
3161!------------------------------------------------------------------------------!
3162 REAL(wp) FUNCTION ireq_neutral( perct_ij, ireq_minimal, nerr )
3163
3164    IMPLICIT NONE
3165!
3166!-- Type declaration of arguments
3167    REAL(wp),     INTENT ( IN )  ::  perct_ij
3168    REAL(wp),     INTENT ( OUT ) ::  ireq_minimal
3169    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) ::  nerr
3170!
3171!-- Type declaration for internal varables
3172    REAL(wp)                     ::  perct02
3173!
3174!-- Initialise
3175    nerr = 0_iwp
3176!
3177!-- Convert perceived temperature from basis 0.1 m/s to basis 0.2 m/s
3178    perct02 = 1.8788_wp + 0.9296_wp * perct_ij
3179!
3180!-- IREQ neutral conditions (thermal comfort)
3181    ireq_neutral = 1.62_wp - 0.0564_wp * perct02
3182!
3183!-- Regression only defined for perct <= 10 (degC)
3184    IF ( ireq_neutral < 0.5_wp )  THEN
3185       IF ( ireq_neutral < 0.48_wp )  THEN
3186          nerr = 1_iwp
3187       ENDIF
3188       ireq_neutral = 0.5_wp
3189    ENDIF
3190!
3191!-- Minimal required clothing insulation: maximal acceptable body cooling
3192    ireq_minimal = 1.26_wp - 0.0588_wp * perct02
3193    IF ( nerr > 0_iwp )  THEN
3194       ireq_minimal = ireq_neutral
3195    ENDIF
3196
3197    RETURN
3198 END FUNCTION ireq_neutral
3199
3200
3201!------------------------------------------------------------------------------!
3202! Description:
3203! ------------
3204!> The SUBROUTINE surface area calculates the surface area of the individual
3205!> according to its height (m), weight (kg), and age (y)
3206!------------------------------------------------------------------------------!
3207 SUBROUTINE surface_area( height_cm, weight, age, surf )
3208
3209    IMPLICIT NONE
3210
3211    REAL(wp)    , INTENT(in)  ::  weight
3212    REAL(wp)    , INTENT(in)  ::  height_cm
3213    INTEGER(iwp), INTENT(in)  ::  age
3214    REAL(wp)    , INTENT(out) ::  surf
3215    REAL(wp)                  ::  height
3216
3217    height = height_cm * 100._wp
3218!
3219!-- According to Gehan-George, for children
3220    IF ( age < 19_iwp )  THEN
3221       IF ( age < 5_iwp )  THEN
3222          surf = 0.02667_wp * height**0.42246_wp * weight**0.51456_wp
3223          RETURN
3224       ENDIF
3225       surf = 0.03050_wp * height**0.35129_wp * weight**0.54375_wp
3226       RETURN
3227    ENDIF
3228!
3229!-- DuBois D, DuBois EF: A formula to estimate the approximate surface area if
3230!-- height and weight be known. In: Arch. Int. Med.. 17, 1916, pp. 863:871.
3231    surf = 0.007184_wp * height**0.725_wp * weight**0.425_wp
3232    RETURN
3233
3234 END SUBROUTINE surface_area
3235
3236!------------------------------------------------------------------------------!
3237! Description:
3238! ------------
3239!> The SUBROUTINE persdat calculates
3240!>  - the total internal energy production = metabolic + workload,
3241!>  - the total internal energy production for a standardized surface (actlev)
3242!>  - the DuBois - area (a_surf [m2])
3243!> from
3244!>  - the persons age (years),
3245!>  - weight (kg),
3246!>  - height (m),
3247!>  - sex (1 = male, 2 = female),
3248!>  - work load (W)
3249!> for a sample human.
3250!------------------------------------------------------------------------------!
3251 SUBROUTINE persdat( age, weight, height, sex, work, a_surf, actlev )
3252
3253    IMPLICIT NONE
3254
3255    REAL(wp), INTENT(in) ::  age
3256    REAL(wp), INTENT(in) ::  weight
3257    REAL(wp), INTENT(in) ::  height
3258    REAL(wp), INTENT(in) ::  work
3259    INTEGER(iwp), INTENT(in) ::  sex
3260    REAL(wp), INTENT(out) ::  actlev
3261    REAL(wp) ::  a_surf
3262    REAL(wp) ::  energy_prod
3263    REAL(wp) ::  s
3264    REAL(wp) ::  factor
3265    REAL(wp) ::  basic_heat_prod
3266
3267    CALL surface_area( height, weight, INT( age ), a_surf )
3268    s = height * 100._wp / ( weight**( 1._wp / 3._wp ) )
3269    factor = 1._wp + .004_wp  * ( 30._wp - age )
3270    basic_heat_prod = 0.
3271    IF ( sex == 1_iwp )  THEN
3272       basic_heat_prod = 3.45_wp * weight**( 3._wp / 4._wp ) * ( factor +      &
3273                     .01_wp  * ( s - 43.4_wp ) )
3274    ELSE IF ( sex == 2_iwp )  THEN
3275       basic_heat_prod = 3.19_wp * weight**( 3._wp / 4._wp ) * ( factor +      &
3276                    .018_wp * ( s - 42.1_wp ) )
3277    ENDIF
3278
3279    energy_prod = work + basic_heat_prod
3280    actlev = energy_prod / a_surf
3281
3282 END SUBROUTINE persdat
3283
3284
3285!------------------------------------------------------------------------------!
3286! Description:
3287! ------------
3288!> SUBROUTINE ipt_init
3289!> initializes the instationary perceived temperature
3290!------------------------------------------------------------------------------!
3291
3292 SUBROUTINE ipt_init( age, weight, height, sex, work, actlev, clo,             &
3293     ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, storage, t_clothing,                          &
3294     ipt )
3295
3296    IMPLICIT NONE
3297!
3298!-- Input parameters
3299    REAL(wp), INTENT(in) ::  age        !< Persons age          (years)
3300    REAL(wp), INTENT(in) ::  weight     !< Persons weight       (kg)
3301    REAL(wp), INTENT(in) ::  height     !< Persons height       (m)
3302    REAL(wp), INTENT(in) ::  work       !< Current workload     (W)
3303    REAL(wp), INTENT(in) ::  ta         !< Air Temperature      (degree_C)
3304    REAL(wp), INTENT(in) ::  vp         !< Vapor pressure       (hPa)
3305    REAL(wp), INTENT(in) ::  ws         !< Wind speed in approx. 1.1m (m/s)
3306    REAL(wp), INTENT(in) ::  tmrt       !< Mean radiant temperature   (degree_C)
3307    REAL(wp), INTENT(in) ::  pair       !< Air pressure         (hPa)
3308    REAL(wp), INTENT(in) ::  dt         !< Timestep             (s)
3309    INTEGER(iwp), INTENT(in)  :: sex    !< Persons sex (1 = male, 2 = female)
3310!
3311!-- Output parameters
3312    REAL(wp), INTENT(out) ::  actlev
3313    REAL(wp), INTENT(out) ::  clo
3314    REAL(wp), INTENT(out) ::  storage
3315    REAL(wp), INTENT(out) ::  t_clothing
3316    REAL(wp), INTENT(out) ::  ipt
3317!
3318!-- Internal variables
3319    REAL(wp), PARAMETER :: eps = 0.0005_wp
3320    REAL(wp), PARAMETER :: eta = 0._wp
3321    REAL(wp) ::  sclo
3322    REAL(wp) ::  wclo
3323    REAL(wp) ::  d_pmv
3324    REAL(wp) ::  svp_ta
3325    REAL(wp) ::  sult_lim
3326    REAL(wp) ::  dgtcm
3327    REAL(wp) ::  dgtcstd
3328    REAL(wp) ::  clon
3329    REAL(wp) ::  ireq_minimal
3330!     REAL(wp) ::  clo_fanger
3331    REAL(wp) ::  pmv_w
3332    REAL(wp) ::  pmv_s
3333    REAL(wp) ::  pmva
3334    REAL(wp) ::  ptc
3335    REAL(wp) ::  d_std
3336    REAL(wp) ::  pmvs
3337    REAL(wp) ::  a_surf
3338!     REAL(wp) ::  acti
3339    INTEGER(iwp) ::  ncount
3340    INTEGER(iwp) ::  nerr_cold
3341    INTEGER(iwp) ::  nerr
3342
3343    LOGICAL ::  sultrieness
3344
3345    storage = 0._wp
3346    CALL persdat( age, weight, height, sex, work, a_surf, actlev )
3347!
3348!-- Initialise
3349    t_clothing = bio_fill_value
3350    ipt        = bio_fill_value
3351    nerr       = 0_wp
3352    ncount     = 0_wp
3353    sultrieness    = .FALSE.
3354!
3355!-- Tresholds: clothing insulation (account for model inaccuracies)
3356!-- Summer clothing
3357    sclo     = 0.44453_wp
3358!-- Winter clothing
3359    wclo     = 1.76267_wp
3360!
3361!-- Decision: firstly calculate for winter or summer clothing
3362    IF ( ta <= 10._wp )  THEN
3363!
3364!--    First guess: winter clothing insulation: cold stress
3365       clo = wclo
3366       t_clothing = bio_fill_value  ! force initial run
3367       CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,         &
3368          t_clothing, storage, dt, pmva )
3369       pmv_w = pmva
3370
3371       IF ( pmva > 0._wp )  THEN
3372!
3373!--       Case summer clothing insulation: heat load ?           
3374          clo = sclo
3375          t_clothing = bio_fill_value  ! force initial run
3376          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3377             t_clothing, storage, dt, pmva )
3378          pmv_s = pmva
3379          IF ( pmva <= 0._wp )  THEN
3380!
3381!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
3382!--          between winter and summer set values
3383             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta , sclo,     &
3384                            pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
3385             IF ( ncount < 0_iwp )  THEN
3386                nerr = -1_iwp
3387                RETURN
3388             ENDIF
3389          ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
3390             clo = 0.5_wp
3391             t_clothing = bio_fill_value
3392             CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,   &
3393                t_clothing, storage, dt, pmva )
3394          ENDIF
3395       ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
3396          clo = 1.75_wp
3397          t_clothing = bio_fill_value
3398          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3399             t_clothing, storage, dt, pmva )
3400       ENDIF
3401
3402    ELSE
3403!
3404!--    First guess: summer clothing insulation: heat load
3405       clo = sclo
3406       t_clothing = bio_fill_value
3407       CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,         &
3408          t_clothing, storage, dt, pmva )
3409       pmv_s = pmva
3410
3411       IF ( pmva < 0._wp )  THEN
3412!
3413!--       Case winter clothing insulation: cold stress ?
3414          clo = wclo
3415          t_clothing = bio_fill_value
3416          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3417             t_clothing, storage, dt, pmva )
3418          pmv_w = pmva
3419
3420          IF ( pmva >= 0._wp )  THEN
3421!
3422!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
3423!--          between winter and summer set values
3424             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,      &
3425                               pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
3426             IF ( ncount < 0_wp )  THEN
3427                nerr = -1_iwp
3428                RETURN
3429             ENDIF
3430          ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
3431             clo = 1.75_wp
3432             t_clothing = bio_fill_value
3433             CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,   &
3434                t_clothing, storage, dt, pmva )
3435          ENDIF
3436       ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
3437          clo = 0.5_wp
3438          t_clothing = bio_fill_value
3439          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3440             t_clothing, storage, dt, pmva )
3441       ENDIF
3442
3443    ENDIF
3444!
3445!-- Determine perceived temperature by regression equation + adjustments
3446    pmvs = pmva
3447    CALL perct_regression( pmva, clo, ipt )
3448    ptc = ipt
3449    IF ( clo >= 1.75_wp  .AND.  pmva <= -0.11_wp )  THEN
3450!
3451!--    Adjust for cold conditions according to Gagge 1986
3452       CALL dpmv_cold ( pmva, ta, ws, tmrt, nerr_cold, d_pmv )
3453       IF ( nerr_cold > 0_iwp )  nerr = -5_iwp
3454       pmvs = pmva - d_pmv
3455       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
3456          d_pmv  = 0._wp
3457          pmvs   = -0.11_wp
3458       ENDIF
3459       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3460    ENDIF
3461!     clo_fanger = clo
3462    clon = clo
3463    IF ( clo > 0.5_wp  .AND.  ipt <= 8.73_wp )  THEN
3464!
3465!--    Required clothing insulation (ireq) is exclusively defined for
3466!--    perceived temperatures (ipt) less 10 (C) for a
3467!--    reference wind of 0.2 m/s according to 8.73 (C) for 0.1 m/s
3468       clon = ireq_neutral ( ipt, ireq_minimal, nerr )
3469       clo = clon
3470    ENDIF
3471    CALL calc_sultr( ptc, dgtcm, dgtcstd, sult_lim )
3472    sultrieness    = .FALSE.
3473    d_std      = -99._wp
3474    IF ( pmva > 0.06_wp  .AND.  clo <= 0.5_wp )  THEN
3475!
3476!--    Adjust for warm/humid conditions according to Gagge 1986
3477       CALL saturation_vapor_pressure ( ta, svp_ta )
3478       d_pmv  = deltapmv ( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
3479       pmvs   = pmva + d_pmv
3480       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3481       IF ( sult_lim < 99._wp )  THEN
3482          IF ( (ipt - ptc) > sult_lim )  sultrieness = .TRUE.
3483       ENDIF
3484    ENDIF
3485
3486 
3487 END SUBROUTINE ipt_init
3488 
3489!------------------------------------------------------------------------------!
3490! Description:
3491! ------------
3492!> SUBROUTINE ipt_cycle
3493!> Calculates one timestep for the instationary version of perceived
3494!> temperature (iPT, degree_C) for
3495!>  - standard measured/predicted meteorological values and TMRT
3496!>    as input;
3497!>  - regressions for determination of PT;
3498!>  - adjustment to Gagge's PMV* (2-node-model, 1986) as base of PT
3499!>    under warm/humid conditions (Icl= 0.50 clo) and under cold
3500!>    conditions (Icl= 1.75 clo)
3501!>
3502!------------------------------------------------------------------------------!
3503 SUBROUTINE ipt_cycle( ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, storage, t_clothing, clo,   &
3504     actlev, work, ipt )
3505
3506    IMPLICIT NONE
3507!
3508!-- Type of input of the argument list
3509    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta      !< Air temperature             (degree_C)
3510    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  vp      !< Vapor pressure              (hPa)
3511    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  tmrt    !< Mean radiant temperature    (degree_C)
3512    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ws      !< Wind speed                  (m/s)
3513    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pair    !< Air pressure                (hPa)
3514    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  dt      !< Timestep                    (s)
3515    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  clo     !< Clothing index              (no dim)
3516    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  actlev  !< Internal heat production    (W)
3517    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  work    !< Mechanical work load        (W)
3518!
3519!-- In and output parameters
3520    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  storage     !< Heat storage            (W)
3521    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  t_clothing  !< Clothig temperature     (degree_C)
3522!
3523!-- Type of output of the argument list
3524    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  ipt  !< Instationary perceived temperature (degree_C)
3525!
3526!-- Type of internal variables
3527    REAL(wp) ::  d_pmv
3528    REAL(wp) ::  svp_ta
3529    REAL(wp) ::  sult_lim
3530    REAL(wp) ::  dgtcm
3531    REAL(wp) ::  dgtcstd
3532    REAL(wp) ::  pmva
3533    REAL(wp) ::  ptc
3534    REAL(wp) ::  d_std
3535    REAL(wp) ::  pmvs
3536    INTEGER(iwp) ::  nerr_cold
3537    INTEGER(iwp) ::  nerr
3538
3539    LOGICAL ::  sultrieness
3540!
3541!-- Initialise
3542    ipt = bio_fill_value
3543
3544    nerr     = 0_iwp
3545    sultrieness  = .FALSE.
3546!
3547!-- Determine pmv_adjusted for current conditions
3548    CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,            &
3549       t_clothing, storage, dt, pmva )
3550!
3551!-- Determine perceived temperature by regression equation + adjustments
3552    CALL perct_regression( pmva, clo, ipt )
3553!
3554!-- Consider cold conditions
3555    IF ( clo >= 1.75_wp  .AND.  pmva <= -0.11_wp )  THEN
3556!
3557!--    Adjust for cold conditions according to Gagge 1986
3558       CALL dpmv_cold ( pmva, ta, ws, tmrt, nerr_cold, d_pmv )
3559       IF ( nerr_cold > 0_iwp )  nerr = -5_iwp
3560       pmvs = pmva - d_pmv
3561       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
3562          d_pmv  = 0._wp
3563          pmvs   = -0.11_wp
3564       ENDIF
3565       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3566    ENDIF
3567!
3568!-- Consider sultriness if appropriate
3569    ptc = ipt
3570    CALL calc_sultr( ptc, dgtcm, dgtcstd, sult_lim )
3571    sultrieness = .FALSE.
3572    d_std       = -99._wp
3573    IF ( pmva > 0.06_wp  .AND.  clo <= 0.5_wp )  THEN
3574!
3575!--    Adjust for warm/humid conditions according to Gagge 1986
3576       CALL saturation_vapor_pressure ( ta, svp_ta )
3577       d_pmv = deltapmv ( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
3578       pmvs  = pmva + d_pmv
3579       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3580       IF ( sult_lim < 99._wp )  THEN
3581          IF ( (ipt - ptc) > sult_lim )  sultrieness = .TRUE.
3582       ENDIF
3583    ENDIF
3584
3585 END SUBROUTINE ipt_cycle
3586
3587!------------------------------------------------------------------------------!
3588! Description:
3589! ------------
3590!> SUBROUTINE fanger_s calculates the
3591!> actual Predicted Mean Vote (dimensionless) according
3592!> to Fanger corresponding to meteorological (ta,tmrt,pa,ws,pair)
3593!> and individual variables (clo, actlev, eta) considering a storage
3594!> and clothing temperature for a given timestep.
3595!------------------------------------------------------------------------------!
3596 SUBROUTINE fanger_s_acti( ta, tmrt, pa, in_ws, pair, in_clo, actlev,          &
3597    activity, t_cloth, s, dt, pmva )
3598
3599    IMPLICIT NONE
3600!
3601!--  Input argument types
3602    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta       !< Air temperature          (degree_C)
3603    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  tmrt     !< Mean radiant temperature (degree_C)
3604    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pa       !< Vapour pressure          (hPa)
3605    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pair     !< Air pressure             (hPa)
3606    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  in_ws    !< Wind speed               (m/s)
3607    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  actlev   !< Metabolic + work energy  (W/m²)
3608    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  dt       !< Timestep                 (s)
3609    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  activity !< Work load                (W/m²)
3610    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  in_clo   !< Clothing index (clo)     (no dim)
3611!
3612!-- Output argument types
3613    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  pmva  !< actual Predicted Mean Vote (no dim)
3614
3615    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  s  !< storage var. of energy balance (W/m2)
3616    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  t_cloth  !< clothing temperature (degree_C)
3617!
3618!-- Internal variables
3619    REAL(wp), PARAMETER  ::  time_equil = 7200._wp
3620
3621    REAL(wp) ::  f_cl         !< Increase in surface due to clothing    (factor)
3622    REAL(wp) ::  heat_convection  !< energy loss by autocnvection       (W)
3623    REAL(wp) ::  t_skin_aver  !< average skin temperature               (degree_C)
3624    REAL(wp) ::  bc           !< preliminary result storage
3625    REAL(wp) ::  cc           !< preliminary result storage
3626    REAL(wp) ::  dc           !< preliminary result storage
3627    REAL(wp) ::  ec           !< preliminary result storage
3628    REAL(wp) ::  gc           !< preliminary result storage
3629    REAL(wp) ::  t_clothing   !< clothing temperature                   (degree_C)
3630!     REAL(wp) ::  hr           !< radiational heat resistence
3631    REAL(wp) ::  clo          !< clothing insulation index              (clo)
3632    REAL(wp) ::  ws           !< wind speed                             (m/s)
3633    REAL(wp) ::  z1           !< Empiric factor for the adaption of the heat
3634                              !< ballance equation to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
3635    REAL(wp) ::  z2           !< Water vapour diffution through the skin
3636    REAL(wp) ::  z3           !< Sweat evaporation from the skin surface
3637    REAL(wp) ::  z4           !< Loss of latent heat through respiration
3638    REAL(wp) ::  z5           !< Loss of radiational heat
3639    REAL(wp) ::  z6           !< Heat loss through forced convection
3640    REAL(wp) ::  en           !< Energy ballance                        (W)
3641    REAL(wp) ::  d_s          !< Storage delta                          (W)
3642    REAL(wp) ::  adjustrate   !< Max storage adjustment rate
3643    REAL(wp) ::  adjustrate_cloth  !< max clothing temp. adjustment rate
3644
3645    INTEGER(iwp) :: i         !< running index
3646    INTEGER(iwp) ::  niter    !< Running index
3647
3648!
3649!-- Clo must be > 0. to avoid div. by 0!
3650    clo = in_clo
3651    IF ( clo < 001._wp )  clo = .001_wp
3652!
3653!-- Increase in surface due to clothing
3654    f_cl = 1._wp + .15_wp * clo
3655!
3656!-- Case of free convection (ws < 0.1 m/s ) not considered
3657    ws = in_ws
3658    IF ( ws < .1_wp )  THEN
3659       ws = .1_wp
3660    ENDIF
3661!
3662!-- Heat_convection = forced convection
3663    heat_convection = 12.1_wp * SQRT( ws * pair / 1013.25_wp )
3664!
3665!-- Average skin temperature
3666    t_skin_aver = 35.7_wp - .0275_wp * activity
3667!
3668!-- Calculation of constants for evaluation below
3669    bc = .155_wp * clo * 3.96_wp * 10._wp**( -8._wp ) * f_cl
3670    cc = f_cl * heat_convection
3671    ec = .155_wp * clo
3672    dc = ( 1._wp + ec * cc ) / bc
3673    gc = ( t_skin_aver + bc * ( tmrt + 273.2_wp )**4._wp + ec * cc * ta ) / bc
3674!
3675!-- Calculation of clothing surface temperature (t_clothing) based on
3676!-- newton-approximation with air temperature as initial guess
3677    niter = INT( dt * 10._wp, KIND=iwp )
3678    IF ( niter < 1 )  niter = 1_iwp
3679    adjustrate = 1._wp - EXP( -1._wp * ( 10._wp / time_equil ) * dt )
3680    IF ( adjustrate >= 1._wp )  adjustrate = 1._wp
3681    adjustrate_cloth = adjustrate * 30._wp
3682    t_clothing = t_cloth
3683!
3684!-- Set initial values for niter, adjustrates and t_clothing if this is the
3685!-- first call
3686    IF ( t_cloth <= -998._wp )  THEN  ! If initial run
3687       niter = 3_iwp
3688       adjustrate = 1._wp
3689       adjustrate_cloth = 1._wp
3690       t_clothing = ta
3691    ENDIF
3692!
3693!-- Update clothing temperature
3694    DO  i = 1, niter
3695       t_clothing = t_clothing - adjustrate_cloth * ( ( t_clothing +           &
3696          273.2_wp )**4._wp + t_clothing *                                     &
3697          dc - gc ) / ( 4._wp * ( t_clothing + 273.2_wp )**3._wp + dc )
3698    ENDDO
3699!
3700!-- Empiric factor for the adaption of the heat ballance equation
3701!-- to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
3702    z1 = ( .303_wp * EXP( -.036_wp * actlev ) + .0275_wp )
3703!
3704!-- Water vapour diffution through the skin
3705    z2 = .31_wp * ( 57.3_wp - .07_wp * activity-pa )
3706!
3707!-- Sweat evaporation from the skin surface
3708    z3 = .42_wp * ( activity - 58._wp )
3709!
3710!-- Loss of latent heat through respiration
3711    z4 = .0017_wp * actlev * ( 58.7_wp - pa ) + .0014_wp * actlev *            &
3712      ( 34._wp - ta )
3713!
3714!-- Loss of radiational heat
3715    z5 = 3.96e-8_wp * f_cl * ( ( t_clothing + 273.2_wp )**4 - ( tmrt +         &
3716       273.2_wp )**4 )
3717!
3718!-- Heat loss through forced convection
3719    z6 = cc * ( t_clothing - ta )
3720!
3721!-- Write together as energy ballance
3722    en = activity - z2 - z3 - z4 - z5 - z6
3723!
3724!-- Manage storage
3725    d_s = adjustrate * en + ( 1._wp - adjustrate ) * s
3726!
3727!-- Predicted Mean Vote
3728    pmva = z1 * d_s
3729!
3730!-- Update storage
3731    s = d_s
3732    t_cloth = t_clothing
3733
3734 END SUBROUTINE fanger_s_acti
3735
3736
3737
3738!------------------------------------------------------------------------------!
3739!
3740! Description:
3741! ------------
3742!> Physiologically Equivalent Temperature (PET),
3743!> stationary (calculated based on MEMI),
3744!> Subroutine based on PETBER vers. 1.5.1996 by P. Hoeppe
3745!------------------------------------------------------------------------------!
3746
3747 SUBROUTINE calculate_pet_static( ta, vpa, v, tmrt, pair, pet_ij )
3748
3749    IMPLICIT NONE
3750!
3751!-- Input arguments:
3752    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  ta    !< Air temperature             (degree_C)
3753    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  tmrt  !< Mean radiant temperature    (degree_C)
3754    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  v     !< Wind speed                  (m/s)
3755    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  vpa   !< Vapor pressure              (hPa)
3756    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  pair  !< Air pressure                (hPa)
3757!
3758!-- Output arguments:
3759    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  pet_ij  !< PET                     (degree_C)
3760!
3761!-- Internal variables:
3762    REAL(wp) ::  acl        !< clothing area                        (m²)
3763    REAL(wp) ::  adu        !< Du Bois area                         (m²)
3764    REAL(wp) ::  aeff       !< effective area                       (m²)
3765    REAL(wp) ::  ere        !< energy ballance                      (W)
3766    REAL(wp) ::  erel       !< latent energy ballance               (W)
3767    REAL(wp) ::  esw        !< Energy-loss through sweat evap.      (W)
3768    REAL(wp) ::  facl       !< Surface area extension through clothing (factor)
3769    REAL(wp) ::  feff       !< Surface modification by posture      (factor)
3770    REAL(wp) ::  rdcl       !< Diffusion resistence of clothing     (factor)
3771    REAL(wp) ::  rdsk       !< Diffusion resistence of skin         (factor)
3772    REAL(wp) ::  rtv
3773    REAL(wp) ::  vpts       !< Sat. vapor pressure over skin        (hPa)
3774    REAL(wp) ::  tsk        !< Skin temperature                     (degree_C)
3775    REAL(wp) ::  tcl        !< Clothing temperature                 (degree_C)
3776    REAL(wp) ::  wetsk      !< Fraction of wet skin                 (factor)
3777!
3778!-- Variables:
3779    REAL(wp) :: int_heat    !< Internal heat        (W)
3780!
3781!-- MEMI configuration
3782    REAL(wp) :: age         !< Persons age          (a)
3783    REAL(wp) :: mbody       !< Persons body mass    (kg)
3784    REAL(wp) :: ht          !< Persons height       (m)
3785    REAL(wp) :: work        !< Work load            (W)
3786    REAL(wp) :: eta         !< Work efficiency      (dimensionless)
3787    REAL(wp) :: clo         !< Clothing insulation index (clo)
3788    REAL(wp) :: fcl         !< Surface area modification by clothing (factor)
3789!     INTEGER(iwp) :: pos     !< Posture: 1 = standing, 2 = sitting
3790!     INTEGER(iwp) :: sex     !< Sex: 1 = male, 2 = female
3791!
3792!-- Configuration, keep standard parameters!
3793    age   = 35._wp
3794    mbody = 75._wp
3795    ht    =  1.75_wp
3796    work  = 80._wp
3797    eta   =  0._wp
3798    clo   =  0.9_wp
3799    fcl   =  1.15_wp
3800!
3801!-- Call subfunctions
3802    CALL in_body( age, eta, ere, erel, ht, int_heat, mbody, pair, rtv, ta,     &
3803            vpa, work )
3804
3805    CALL heat_exch( acl, adu, aeff, clo, ere, erel, esw, facl, fcl, feff, ht,  &
3806            int_heat, mbody, pair, rdcl, rdsk, ta, tcl, tmrt, tsk, v, vpa,     &
3807            vpts, wetsk )
3808
3809    CALL pet_iteration( acl, adu, aeff, esw, facl, feff, int_heat, pair,       &
3810            rdcl, rdsk, rtv, ta, tcl, tsk, pet_ij, vpts, wetsk )
3811
3812
3813 END SUBROUTINE calculate_pet_static
3814
3815
3816!------------------------------------------------------------------------------!
3817! Description:
3818! ------------
3819!> Calculate internal energy ballance
3820!------------------------------------------------------------------------------!
3821 SUBROUTINE in_body( age, eta, ere, erel, ht, int_heat, mbody, pair, rtv, ta, &
3822    vpa, work )
3823!
3824!-- Input arguments:
3825    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  pair      !< air pressure             (hPa)
3826    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ta        !< air temperature          (degree_C)
3827    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  vpa       !< vapor pressure           (hPa)
3828    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  age       !< Persons age              (a)
3829    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  mbody     !< Persons body mass        (kg)
3830    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ht        !< Persons height           (m)
3831    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  work      !< Work load                (W)
3832    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  eta       !< Work efficiency     (dimensionless)
3833!
3834!-- Output arguments:
3835    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  ere       !< energy ballance          (W)
3836    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  erel      !< latent energy ballance   (W)
3837    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  int_heat  !< internal heat production (W)
3838    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  rtv       !< respiratory volume
3839!
3840!-- Internal variables:
3841    REAL(wp) ::  eres                     !< Sensible respiratory heat flux (W)
3842    REAL(wp) ::  met
3843    REAL(wp) ::  tex
3844    REAL(wp) ::  vpex
3845
3846!
3847!-- Metabolic heat production
3848    met = 3.45_wp * mbody**( 3._wp / 4._wp ) * (1._wp + 0.004_wp *             &
3849          ( 30._wp - age) + 0.010_wp * ( ( ht * 100._wp /                      &
3850          ( mbody**( 1._wp / 3._wp ) ) ) - 43.4_wp ) )
3851    met = work + met
3852    int_heat = met * (1._wp - eta)
3853!
3854!-- Sensible respiration energy
3855    tex  = 0.47_wp * ta + 21.0_wp
3856    rtv  = 1.44_wp * 10._wp**(-6._wp) * met
3857    eres = c_p * (ta - tex) * rtv
3858!
3859!-- Latent respiration energy
3860    vpex = 6.11_wp * 10._wp**( 7.45_wp * tex / ( 235._wp + tex ) )
3861    erel = 0.623_wp * l_v / pair * ( vpa - vpex ) * rtv
3862!
3863!-- Sum of the results
3864    ere = eres + erel
3865
3866 END SUBROUTINE in_body
3867
3868
3869!------------------------------------------------------------------------------!
3870! Description:
3871! ------------
3872!> Calculate heat gain or loss
3873!------------------------------------------------------------------------------!
3874 SUBROUTINE heat_exch( acl, adu, aeff, clo, ere, erel, esw, facl, fcl, feff,   &
3875        ht, int_heat, mbody, pair, rdcl, rdsk, ta, tcl, tmrt, tsk, v, vpa,     &
3876        vpts, wetsk )
3877
3878!
3879!-- Input arguments:
3880    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ere    !< Energy ballance          (W)
3881    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  erel   !< Latent energy ballance   (W)
3882    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  int_heat  !< internal heat production (W)
3883    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  pair   !< Air pressure             (hPa)
3884    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ta     !< Air temperature          (degree_C)
3885    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  tmrt   !< Mean radiant temperature (degree_C)
3886    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  v      !< Wind speed               (m/s)
3887    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  vpa    !< Vapor pressure           (hPa)
3888    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  mbody  !< body mass                (kg)
3889    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ht     !< height                   (m)
3890    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  clo    !< clothing insulation      (clo)
3891    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  fcl    !< factor for surface area increase by clothing
3892!
3893!-- Output arguments:
3894    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  acl    !< Clothing surface area        (m²)
3895    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  adu    !< Du-Bois area                 (m²)
3896    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  aeff   !< Effective surface area       (m²)
3897    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  esw    !< Energy-loss through sweat evap. (W)
3898    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  facl   !< Surface area extension through clothing (factor)
3899    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  feff   !< Surface modification by posture (factor)
3900    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  rdcl   !< Diffusion resistence of clothing (factor)
3901    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  rdsk   !< Diffusion resistence of skin (factor)
3902    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  tcl    !< Clothing temperature         (degree_C)
3903    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  tsk    !< Skin temperature             (degree_C)
3904    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  vpts   !< Sat. vapor pressure over skin (hPa)
3905    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  wetsk  !< Fraction of wet skin (dimensionless)
3906!
3907!-- Cconstants:
3908!     REAL(wp), PARAMETER :: cair = 1010._wp      !< replaced by c_p
3909    REAL(wp), PARAMETER :: cb   = 3640._wp        !<
3910    REAL(wp), PARAMETER :: emcl =    0.95_wp      !< Longwave emission coef. of cloth
3911    REAL(wp), PARAMETER :: emsk =    0.99_wp      !< Longwave emission coef. of skin
3912!     REAL(wp), PARAMETER :: evap = 2.42_wp * 10._wp **6._wp  !< replaced by l_v
3913    REAL(wp), PARAMETER :: food =    0._wp        !< Heat gain by food        (W)
3914    REAL(wp), PARAMETER :: po   = 1013.25_wp      !< Air pressure at sea level (hPa)
3915    REAL(wp), PARAMETER :: rob  =    1.06_wp      !<
3916!
3917!-- Internal variables
3918    REAL(wp) ::  c(0:10)        !< Core temperature array           (degree_C)
3919    REAL(wp) ::  cbare          !< Convection through bare skin
3920    REAL(wp) ::  cclo           !< Convection through clothing
3921    REAL(wp) ::  csum           !< Convection in total
3922    REAL(wp) ::  di             !< difference between r1 and r2
3923    REAL(wp) ::  ed             !< energy transfer by diffusion     (W)
3924    REAL(wp) ::  enbal          !< energy ballance                  (W)
3925    REAL(wp) ::  enbal2         !< energy ballance (storage, last cycle)
3926    REAL(wp) ::  eswdif         !< difference between sweat production and evaporation potential
3927    REAL(wp) ::  eswphy         !< sweat created by physiology
3928    REAL(wp) ::  eswpot         !< potential sweat evaporation
3929    REAL(wp) ::  fec            !<
3930    REAL(wp) ::  hc             !<
3931    REAL(wp) ::  he             !<
3932    REAL(wp) ::  htcl           !<
3933    REAL(wp) ::  r1             !<
3934    REAL(wp) ::  r2             !<
3935    REAL(wp) ::  rbare          !< Radiational loss of bare skin    (W/m²)
3936    REAL(wp) ::  rcl            !<
3937    REAL(wp) ::  rclo           !< Radiational loss of clothing     (W/m²)
3938    REAL(wp) ::  rclo2          !< Longwave radiation gain or loss  (W/m²)
3939    REAL(wp) ::  rsum           !< Radiational loss or gain         (W/m²)
3940    REAL(wp) ::  sw             !<
3941!     REAL(wp) ::  swf            !< female factor, currently unused
3942    REAL(wp) ::  swm            !<
3943    REAL(wp) ::  tbody          !<
3944    REAL(wp) ::  tcore(1:7)     !<
3945    REAL(wp) ::  vb             !<
3946    REAL(wp) ::  vb1            !<
3947    REAL(wp) ::  vb2            !<
3948    REAL(wp) ::  wd             !<
3949    REAL(wp) ::  wr             !<
3950    REAL(wp) ::  ws             !<
3951    REAL(wp) ::  wsum           !<
3952    REAL(wp) ::  xx             !< modification step                (K)
3953    REAL(wp) ::  y              !< fraction of bare skin
3954    INTEGER(iwp) ::  count1     !< running index
3955    INTEGER(iwp) ::  count3     !< running index
3956    INTEGER(iwp) ::  j          !< running index
3957    INTEGER(iwp) ::  i          !< running index
3958    LOGICAL ::  skipIncreaseCount   !< iteration control flag
3959
3960!
3961!-- Initialize
3962    wetsk = 0._wp  !< skin is dry everywhere on init (no non-evaporated sweat)
3963!
3964!-- Set Du Bois Area for the sample person
3965    adu = 0.203_wp * mbody**0.425_wp * ht**0.725_wp
3966!
3967!-- Initialize convective heat considering local air preassure
3968    hc = 2.67_wp + ( 6.5_wp * v**0.67_wp )
3969    hc = hc * ( pair / po )**0.55_wp
3970!
3971!-- Set surface modification by posture (the person will always stand)
3972    feff = 0.725_wp                     !< Posture: 0.725 for stading
3973!
3974!-- Set surface modification by clothing
3975    facl = ( - 2.36_wp + 173.51_wp * clo - 100.76_wp * clo * clo + 19.28_wp    &
3976          * ( clo**3._wp ) ) / 100._wp
3977    IF ( facl > 1._wp )  facl = 1._wp
3978!
3979!-- Initialize heat resistences
3980    rcl = ( clo / 6.45_wp ) / facl
3981    IF ( clo >= 2._wp )  y  = 1._wp
3982    IF ( ( clo > 0.6_wp )   .AND.  ( clo < 2._wp ) )   y = ( ht - 0.2_wp ) / ht
3983    IF ( ( clo <= 0.6_wp )  .AND.  ( clo > 0.3_wp ) )  y = 0.5_wp
3984    IF ( ( clo <= 0.3_wp )  .AND.  ( clo > 0._wp ) )   y = 0.1_wp
3985    r2   = adu * ( fcl - 1._wp + facl ) / ( 2._wp * 3.14_wp * ht * y )
3986    r1   = facl * adu / ( 2._wp * 3.14_wp * ht * y )
3987    di   = r2 - r1
3988
3989!
3990!-- Estimate skin temperatur
3991    DO  j = 1, 7
3992
3993       tsk    = 34._wp
3994       count1 = 0_iwp
3995       tcl    = ( ta + tmrt + tsk ) / 3._wp
3996       count3 = 1_iwp
3997       enbal2 = 0._wp
3998
3999       DO  i = 1, 100  ! allow for 100 iterations max
4000          acl   = adu * facl + adu * ( fcl - 1._wp )
4001          rclo2 = emcl * sigma_sb * ( ( tcl + degc_to_k )**4._wp -             &
4002            ( tmrt + degc_to_k )**4._wp ) * feff
4003          htcl  = 6.28_wp * ht * y * di / ( rcl * LOG( r2 / r1 ) * acl )
4004          tsk   = 1._wp / htcl * ( hc * ( tcl - ta ) + rclo2 ) + tcl
4005!
4006!--       Radiation saldo
4007          aeff  = adu * feff
4008          rbare = aeff * ( 1._wp - facl ) * emsk * sigma_sb *                  &
4009            ( ( tmrt + degc_to_k )**4._wp - ( tsk + degc_to_k )**4._wp )
4010          rclo  = feff * acl * emcl * sigma_sb *                               &
4011            ( ( tmrt + degc_to_k )**4._wp - ( tcl + degc_to_k )**4._wp )
4012          rsum  = rbare + rclo
4013!
4014!--       Convection
4015          cbare = hc * ( ta - tsk ) * adu * ( 1._wp - facl )
4016          cclo  = hc * ( ta - tcl ) * acl
4017          csum  = cbare + cclo
4018!
4019!--       Core temperature
4020          c(0)  = int_heat + ere
4021          c(1)  = adu * rob * cb
4022          c(2)  = 18._wp - 0.5_wp * tsk
4023          c(3)  = 5.28_wp * adu * c(2)
4024          c(4)  = 0.0208_wp * c(1)
4025          c(5)  = 0.76075_wp * c(1)
4026          c(6)  = c(3) - c(5) - tsk * c(4)
4027          c(7)  = - c(0) * c(2) - tsk * c(3) + tsk * c(5)
4028          c(8)  = c(6) * c(6) - 4._wp * c(4) * c(7)
4029          c(9)  = 5.28_wp * adu - c(5) - c(4) * tsk
4030          c(10) = c(9) * c(9) - 4._wp * c(4) *                                 &
4031                  ( c(5) * tsk - c(0) - 5.28_wp * adu * tsk )
4032
4033          IF ( ABS( tsk - 36._wp ) < 0.00001_wp )  tsk = 36.01_wp
4034          tcore(7) = c(0) / ( 5.28_wp * adu + c(1) * 6.3_wp / 3600._wp ) + tsk
4035          tcore(3) = c(0) / ( 5.28_wp * adu + ( c(1) * 6.3_wp / 3600._wp ) /   &
4036            ( 1._wp + 0.5_wp * ( 34._wp - tsk ) ) ) + tsk
4037          IF ( c(10) >= 0._wp )  THEN
4038             tcore(6) = ( - c(9) - c(10)**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
4039             tcore(1) = ( - c(9) + c(10)**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
4040          ENDIF
4041
4042          IF ( c(8) >= 0._wp )  THEN
4043             tcore(2) = ( - c(6) + ABS( c(8) )**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
4044             tcore(5) = ( - c(6) - ABS( c(8) )**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
4045             tcore(4) = c(0) / ( 5.28_wp * adu + c(1) * 1._wp / 40._wp ) + tsk
4046          ENDIF
4047!
4048!--       Transpiration
4049          tbody = 0.1_wp * tsk + 0.9_wp * tcore(j)
4050          swm   = 304.94_wp * ( tbody - 36.6_wp ) * adu / 3600000._wp
4051          vpts  = 6.11_wp * 10._wp**( 7.45_wp * tsk / ( 235._wp + tsk ) )
4052
4053          IF ( tbody <= 36.6_wp )  swm = 0._wp  !< no need for sweating
4054
4055          sw = swm
4056          eswphy = - sw * l_v
4057          he     = 0.633_wp * hc / ( pair * c_p )
4058          fec    = 1._wp / ( 1._wp + 0.92_wp * hc * rcl )
4059          eswpot = he * ( vpa - vpts ) * adu * l_v * fec
4060          wetsk  = eswphy / eswpot
4061
4062          IF ( wetsk > 1._wp )  wetsk = 1._wp
4063!
4064!--       Sweat production > evaporation?
4065          eswdif = eswphy - eswpot
4066
4067          IF ( eswdif <= 0._wp )  esw = eswpot  !< Limit is evaporation
4068          IF ( eswdif > 0._wp )   esw = eswphy  !< Limit is sweat production
4069          IF ( esw  > 0._wp )     esw = 0._wp   !< Sweat can't be evaporated, no more cooling effect
4070!
4071!--       Diffusion
4072          rdsk = 0.79_wp * 10._wp**7._wp
4073          rdcl = 0._wp
4074          ed   = l_v / ( rdsk + rdcl ) * adu * ( 1._wp - wetsk ) * ( vpa -     &
4075             vpts )
4076!
4077!--       Max vb
4078          vb1 = 34._wp - tsk
4079          vb2 = tcore(j) - 36.6_wp
4080
4081          IF ( vb2 < 0._wp )  vb2 = 0._wp
4082          IF ( vb1 < 0._wp )  vb1 = 0._wp
4083          vb = ( 6.3_wp + 75._wp * vb2 ) / ( 1._wp + 0.5_wp * vb1 )
4084!
4085!--       Energy ballence
4086          enbal = int_heat + ed + ere + esw + csum + rsum + food
4087!
4088!--       Clothing temperature
4089          xx = 0.001_wp
4090          IF ( count1 == 0_iwp )  xx = 1._wp
4091          IF ( count1 == 1_iwp )  xx = 0.1_wp
4092          IF ( count1 == 2_iwp )  xx = 0.01_wp
4093          IF ( count1 == 3_iwp )  xx = 0.001_wp
4094
4095          IF ( enbal > 0._wp )  tcl = tcl + xx
4096          IF ( enbal < 0._wp )  tcl = tcl - xx
4097
4098          skipIncreaseCount = .FALSE.
4099          IF ( ( (enbal <= 0._wp )  .AND.  (enbal2 > 0._wp ) )  .OR.           &
4100             ( ( enbal >= 0._wp )  .AND.  ( enbal2 < 0._wp ) ) )  THEN
4101             skipIncreaseCount = .TRUE.
4102          ELSE
4103             enbal2 = enbal
4104             count3 = count3 + 1_iwp
4105          ENDIF
4106
4107          IF ( ( count3 > 200_iwp )  .OR.  skipIncreaseCount )  THEN
4108             IF ( count1 < 3_iwp )  THEN
4109                count1 = count1 + 1_iwp
4110                enbal2 = 0._wp
4111             ELSE
4112                EXIT
4113             ENDIF
4114          ENDIF
4115       ENDDO
4116
4117       IF ( count1 == 3_iwp )  THEN
4118          SELECT CASE ( j )
4119             CASE ( 2, 5) 
4120                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) >= 36.6_wp )  .AND.                    &
4121                   ( tsk <= 34.050_wp ) ) )  CYCLE
4122             CASE ( 6, 1 )
4123                IF ( c(10) < 0._wp ) CYCLE
4124                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) >= 36.6_wp )  .AND.                    &
4125                   ( tsk > 33.850_wp ) ) )  CYCLE
4126             CASE ( 3 )
4127                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) < 36.6_wp )  .AND.                     &
4128                   ( tsk <= 34.000_wp ) ) )  CYCLE
4129             CASE ( 7 )
4130                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) < 36.6_wp )  .AND.                     &
4131                   ( tsk > 34.000_wp ) ) )  CYCLE
4132             CASE default
4133          END SELECT
4134       ENDIF
4135
4136       IF ( ( j /= 4_iwp )  .AND.  ( vb >= 91._wp ) )  CYCLE
4137       IF ( ( j == 4_iwp )  .AND.  ( vb < 89._wp ) )  CYCLE
4138       IF ( vb > 90._wp ) vb = 90._wp
4139!
4140!--    Loses by water
4141       ws = sw * 3600._wp * 1000._wp
4142       IF ( ws > 2000._wp )  ws = 2000._wp
4143       wd = ed / l_v * 3600._wp * ( -1000._wp )
4144       wr = erel / l_v * 3600._wp * ( -1000._wp )
4145
4146       wsum = ws + wr + wd
4147
4148       RETURN
4149    ENDDO
4150 END SUBROUTINE heat_exch
4151
4152!------------------------------------------------------------------------------!
4153! Description:
4154! ------------
4155!> Calculate PET
4156!------------------------------------------------------------------------------!
4157 SUBROUTINE pet_iteration( acl, adu, aeff, esw, facl, feff, int_heat, pair,    &
4158        rdcl, rdsk, rtv, ta, tcl, tsk, pet_ij, vpts, wetsk )
4159!
4160!-- Input arguments:
4161    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  acl   !< clothing surface area        (m²)
4162    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  adu   !< Du-Bois area                 (m²)
4163    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  esw   !< energy-loss through sweat evap. (W)
4164    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  facl  !< surface area extension through clothing (factor)
4165    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  feff  !< surface modification by posture (factor)
4166    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  int_heat  !< internal heat production (W)
4167    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  pair  !< air pressure                 (hPa)
4168    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  rdcl  !< diffusion resistence of clothing (factor)
4169    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  rdsk  !< diffusion resistence of skin (factor)
4170    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  rtv   !< respiratory volume
4171    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  ta    !< air temperature              (degree_C)
4172    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  tcl   !< clothing temperature         (degree_C)
4173    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  tsk   !< skin temperature             (degree_C)
4174    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  vpts  !< sat. vapor pressure over skin (hPa)
4175    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  wetsk !< fraction of wet skin (dimensionless)
4176!
4177!-- Output arguments:
4178    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  aeff     !< effective surface area       (m²)
4179    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  pet_ij   !< PET                          (degree_C)
4180!
4181!-- Cconstants:
4182    REAL(wp), PARAMETER :: emcl =    0.95_wp      !< Longwave emission coef. of cloth
4183    REAL(wp), PARAMETER :: emsk =    0.99_wp      !< Longwave emission coef. of skin
4184    REAL(wp), PARAMETER :: po   = 1013.25_wp      !< Air pressure at sea level (hPa)
4185!
4186!-- Internal variables
4187    REAL ( wp ) ::  cbare             !< Convection through bare skin
4188    REAL ( wp ) ::  cclo              !< Convection through clothing
4189    REAL ( wp ) ::  csum              !< Convection in total
4190    REAL ( wp ) ::  ed                !< Diffusion                      (W)
4191    REAL ( wp ) ::  enbal             !< Energy ballance                (W)
4192    REAL ( wp ) ::  enbal2            !< Energy ballance (last iteration cycle)
4193    REAL ( wp ) ::  ere               !< Energy ballance result         (W)
4194    REAL ( wp ) ::  erel              !< Latent energy ballance         (W)
4195    REAL ( wp ) ::  eres              !< Sensible respiratory heat flux (W)
4196    REAL ( wp ) ::  hc                !<
4197    REAL ( wp ) ::  rbare             !< Radiational loss of bare skin  (W/m²)
4198    REAL ( wp ) ::  rclo              !< Radiational loss of clothing   (W/m²)
4199    REAL ( wp ) ::  rsum              !< Radiational loss or gain       (W/m²)
4200    REAL ( wp ) ::  tex               !< Temperat. of exhaled air       (degree_C)
4201    REAL ( wp ) ::  vpex              !< Vapor pressure of exhaled air  (hPa)
4202    REAL ( wp ) ::  xx                !< Delta PET per iteration        (K)
4203
4204    INTEGER ( iwp ) ::  count1        !< running index
4205    INTEGER ( iwp ) ::  i             !< running index
4206
4207    pet_ij = ta
4208    enbal2 = 0._wp
4209
4210    DO  count1 = 0, 3
4211       DO  i = 1, 125  ! 500 / 4
4212          hc = 2.67_wp + 6.5_wp * 0.1_wp**0.67_wp
4213          hc = hc * ( pair / po )**0.55_wp
4214!
4215!--       Radiation
4216          aeff  = adu * feff
4217          rbare = aeff * ( 1._wp - facl ) * emsk * sigma_sb *                  &
4218              ( ( pet_ij + degc_to_k )**4._wp - ( tsk + degc_to_k )**4._wp )
4219          rclo  = feff * acl * emcl * sigma_sb *                               &
4220              ( ( pet_ij + degc_to_k )**4._wp - ( tcl + degc_to_k )**4._wp )
4221          rsum  = rbare + rclo
4222!
4223!--       Covection
4224          cbare = hc * ( pet_ij - tsk ) * adu * ( 1._wp - facl )
4225          cclo  = hc * ( pet_ij - tcl ) * acl
4226          csum  = cbare + cclo
4227!
4228!--       Diffusion
4229          ed = l_v / ( rdsk + rdcl ) * adu * ( 1._wp - wetsk ) * ( 12._wp -    &
4230             vpts )
4231!
4232!--       Respiration
4233          tex  = 0.47_wp * pet_ij + 21._wp
4234          eres = c_p * ( pet_ij - tex ) * rtv
4235          vpex = 6.11_wp * 10._wp**( 7.45_wp * tex / ( 235._wp + tex ) )
4236          erel = 0.623_wp * l_v / pair * ( 12._wp - vpex ) * rtv
4237          ere  = eres + erel
4238!
4239!--       Energy ballance
4240          enbal = int_heat + ed + ere + esw + csum + rsum
4241!
4242!--       Iteration concerning ta
4243          xx = 0.001_wp
4244          IF ( count1 == 0_iwp )  xx = 1._wp
4245          IF ( count1 == 1_iwp )  xx = 0.1_wp
4246          IF ( count1 == 2_iwp )  xx = 0.01_wp
4247!           IF ( count1 == 3_iwp )  xx = 0.001_wp
4248          IF ( enbal > 0._wp )  pet_ij = pet_ij - xx
4249          IF ( enbal < 0._wp )  pet_ij = pet_ij + xx
4250          IF ( ( enbal <= 0._wp )  .AND.  ( enbal2 > 0._wp ) )  EXIT
4251          IF ( ( enbal >= 0._wp )  .AND.  ( enbal2 < 0._wp ) )  EXIT
4252
4253          enbal2 = enbal
4254       ENDDO
4255    ENDDO
4256 END SUBROUTINE pet_iteration
4257
4258!
4259!-- UVEM specific subroutines
4260
4261!---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------!
4262! Description:
4263! ------------
4264!> Module-specific routine for new module
4265!---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------!
4266 SUBROUTINE uvem_solar_position
4267   
4268    USE date_and_time_mod,                                                                                            &
4269       ONLY:  calc_date_and_time, day_of_year, time_utc
4270   
4271    USE control_parameters,                                                                                           &
4272       ONLY:  latitude, longitude   
4273
4274    IMPLICIT NONE
4275   
4276   
4277    REAL(wp) ::  alpha       = 0.0_wp   !< solar azimuth angle in radiant   
4278    REAL(wp) ::  doy_r       = 0.0_wp   !< real format of day_of_year           
4279    REAL(wp) ::  declination = 0.0_wp   !< declination
4280    REAL(wp) ::  dtor        = 0.0_wp   !< factor to convert degree to radiant
4281    REAL(wp) ::  js          = 0.0_wp   !< parameter for solar position calculation
4282    REAL(wp) ::  lat         = 52.39_wp !< latitude
4283    REAL(wp) ::  lon         = 9.7_wp   !< longitude       
4284    REAL(wp) ::  thetar      = 0.0_wp   !< angle for solar zenith angle calculation
4285    REAL(wp) ::  thetasr     = 0.0_wp   !< angle for solar azimuth angle calculation   
4286    REAL(wp) ::  zgl         = 0.0_wp   !< calculated exposure by direct beam   
4287    REAL(wp) ::  woz         = 0.0_wp   !< calculated exposure by diffuse radiation
4288    REAL(wp) ::  wsp         = 0.0_wp   !< calculated exposure by direct beam   
4289   
4290
4291    CALL calc_date_and_time
4292    doy_r = real(day_of_year)   
4293    dtor = pi / 180.0_wp
4294    lat = latitude
4295    lon = longitude
4296!
4297!-- calculation of js, necessary for calculation of equation of time (zgl) :
4298    js=  72.0_wp * ( doy_r + ( time_utc / 86400.0_wp ) ) / 73.0_wp 
4299!
4300!-- calculation of equation of time (zgl):
4301    zgl = 0.0066_wp + 7.3525_wp * cos( ( js + 85.9_wp ) * dtor ) + 9.9359_wp *                                        &
4302    cos( ( 2.0_wp * js + 108.9_wp ) * dtor ) + 0.3387_wp * cos( ( 3 * js + 105.2_wp ) * dtor )
4303!
4304!-- calculation of apparent solar time woz:
4305    woz = ( ( time_utc / 3600.0_wp ) - ( 4.0_wp * ( 15.0_wp - lon ) ) / 60.0_wp ) + ( zgl / 60.0_wp )
4306!
4307!-- calculation of hour angle (wsp):
4308    wsp = ( woz - 12.0_wp ) * 15.0_wp
4309!
4310!-- calculation of declination:
4311    declination = 0.3948_wp - 23.2559_wp * cos( ( js + 9.1_wp ) * dtor ) -                                            &
4312    0.3915_wp * cos( ( 2.0_wp * js + 5.4_wp ) * dtor ) - 0.1764_wp * cos( ( 3.0_wp * js + 26.0_wp ) * dtor )
4313!
4314!-- calculation of solar zenith angle
4315    thetar  = acos( sin( lat * dtor) * sin( declination * dtor ) + cos( wsp * dtor ) *                                &
4316    cos( lat * dtor ) * cos( declination * dtor ) )
4317    thetasr = asin( sin( lat * dtor) * sin( declination * dtor ) + cos( wsp * dtor ) *                                & 
4318    cos( lat * dtor ) * cos( declination * dtor ) )
4319    sza = thetar / dtor
4320!
4321!-- calculation of solar azimuth angle
4322    IF (woz <= 12.0_wp) alpha = pi - acos( ( sin(thetasr) * sin( lat * dtor ) -                                     &
4323    sin( declination * dtor ) ) / ( cos(thetasr) * cos( lat * dtor ) ) )   
4324    IF (woz > 12.0_wp)  alpha = pi + acos( ( sin(thetasr) * sin( lat * dtor ) -                                     &
4325    sin( declination * dtor ) ) / ( cos(thetasr) * cos( lat * dtor ) ) )   
4326    saa = alpha / dtor
4327
4328 END SUBROUTINE uvem_solar_position
4329
4330
4331!------------------------------------------------------------------------------!
4332! Description:
4333! ------------
4334!> Module-specific routine for new module
4335!---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------!
4336 SUBROUTINE bio_calculate_uv_exposure
4337
4338    USE indices,                                                                                                      &
4339        ONLY:  nys, nyn, nxl, nxr
4340   
4341   
4342    IMPLICIT NONE   
4343   
4344    INTEGER(iwp) ::  i     !< loop index in x direction
4345    INTEGER(iwp) ::  j     !< loop index in y direction
4346    INTEGER(iwp) ::  szai  !< loop index for different sza values
4347
4348    CALL uvem_solar_position
4349     
4350    IF (sza  >=  90)  THEN
4351       vitd3_exposure(:,:) = 0.0_wp
4352    ELSE
4353       
4354       DO  ai = 0, 35
4355          DO  zi = 0, 9
4356                projection_area_lookup_table(ai,zi) = uvem_projarea_f%var(clothing,zi,ai)
4357          ENDDO
4358       ENDDO
4359       DO  ai = 0, 35
4360          DO  zi = 0, 9
4361                integration_array(ai,zi) = uvem_integration_f%var(zi,ai)
4362          ENDDO
4363       ENDDO
4364       DO  ai = 0, 2
4365          DO  zi = 0, 90
4366                irradiance_lookup_table(ai,zi) = uvem_irradiance_f%var(zi,ai)
4367          ENDDO
4368       ENDDO
4369       DO  ai = 0, 35
4370          DO  zi = 0, 9
4371             DO  szai = 0, 90
4372                radiance_lookup_table(ai,zi,szai) = uvem_radiance_f%var(szai,zi,ai)
4373             ENDDO
4374          ENDDO
4375       ENDDO
4376       
4377       
4378       
4379!--    rotate 3D-Model human to desired direction  -----------------------------
4380       projection_area_temp( 0:35,:) = projection_area_lookup_table
4381       projection_area_temp(36:71,:) = projection_area_lookup_table               
4382       IF (  .NOT.  turn_to_sun ) startpos_human = orientation_angle / 10.0_wp
4383       IF (       turn_to_sun ) startpos_human = saa / 10.0_wp       
4384       DO  ai = 0, 35
4385          xfactor = ( startpos_human ) - INT( startpos_human )
4386          DO  zi = 0, 9
4387             projection_area(ai,zi) = ( projection_area_temp( 36 - INT( startpos_human ) - 1 + ai , zi) *             &
4388                                      ( xfactor ) )                                                                   &
4389                                      +( projection_area_temp( 36 - INT( startpos_human ) + ai , zi) *                &
4390                                      ( 1.0_wp - xfactor ) )
4391          ENDDO
4392       ENDDO           
4393!             
4394!           
4395!--    interpolate to accurate Solar Zenith Angle  ------------------         
4396       DO  ai = 0, 35
4397          xfactor = (sza)-INT(sza)
4398          DO  zi = 0, 9
4399             radiance_array(ai,zi) = ( radiance_lookup_table(ai, zi, INT(sza) ) * ( 1.0_wp - xfactor) ) +             &
4400             ( radiance_lookup_table(ai,zi,INT(sza) + 1) * xfactor )
4401          ENDDO
4402       ENDDO
4403       DO  iq = 0, 2
4404          irradiance(iq) = ( irradiance_lookup_table(iq, INT(sza) ) * ( 1.0_wp - xfactor)) +                          &
4405          (irradiance_lookup_table(iq, INT(sza) + 1) * xfactor )
4406       ENDDO   
4407!         
4408!--    interpolate to accurate Solar Azimuth Angle ------------------
4409       IF ( sun_in_south )  THEN
4410          startpos_saa_float = 180.0_wp / 10.0_wp
4411       ELSE
4412          startpos_saa_float = saa / 10.0_wp
4413       ENDIF
4414       radiance_array_temp( 0:35,:) = radiance_array
4415       radiance_array_temp(36:71,:) = radiance_array
4416       xfactor = (startpos_saa_float) - INT(startpos_saa_float)
4417       DO  ai = 0, 35
4418          DO  zi = 0, 9
4419             radiance_array(ai,zi) = ( radiance_array_temp( 36 - INT( startpos_saa_float ) - 1 + ai , zi ) *          &
4420                                     ( xfactor ) )                                                                    &
4421                                     + ( radiance_array_temp( 36 - INT( startpos_saa_float ) + ai , zi )              &
4422                                     * ( 1.0_wp - xfactor ) )
4423          ENDDO
4424       ENDDO
4425!       
4426!     
4427!--    calculate Projectionarea for direct beam -----------------------------'
4428       projection_area_direct_temp( 0:35,:) = projection_area
4429       projection_area_direct_temp(36:71,:) = projection_area
4430       yfactor = ( sza / 10.0_wp ) - INT( sza / 10.0_wp )
4431       xfactor = ( startpos_saa_float ) - INT( startpos_saa_float )
4432       projection_area_direct_beam = ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float)    ,INT(sza/10.0_wp)  ) * &
4433                                     ( 1.0_wp - xfactor ) * ( 1.0_wp - yfactor ) ) +                                  &
4434                                     ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float) + 1,INT(sza/10.0_wp)  ) * &
4435                                     (          xfactor ) * ( 1.0_wp - yfactor ) ) +                                  &
4436                                     ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float)    ,INT(sza/10.0_wp)+1) * &
4437                                     ( 1.0_wp - xfactor ) * (          yfactor ) ) +                                  &
4438                                     ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float) + 1,INT(sza/10.0_wp)+1) * &
4439                                     (          xfactor ) * (          yfactor ) )
4440!                                               
4441!                                               
4442!                                               
4443       DO  i = nxl, nxr
4444          DO  j = nys, nyn
4445!                   
4446! !--        extract obstruction from IBSET-Integer_Array ------------------'
4447             IF (consider_obstructions )  THEN
4448                obstruction_temp1 = building_obstruction_f%var_3d(:,j,i)
4449                IF ( obstruction_temp1(0)  /=  9 )  THEN
4450                   DO  pobi = 0, 44 
4451                      DO  bi = 0, 7 
4452                         IF ( btest( obstruction_temp1(pobi), bi )  .EQV.  .TRUE.)  THEN
4453                            obstruction_temp2( ( pobi * 8 ) + bi ) = 1
4454                         ELSE
4455                            obstruction_temp2( ( pobi * 8 ) + bi ) = 0
4456                         ENDIF
4457                      ENDDO
4458                   ENDDO       
4459                   DO  zi = 0, 9                                         
4460                      obstruction(:,zi) = obstruction_temp2( zi * 36 :( zi * 36) + 35 )
4461                   ENDDO
4462                ELSE
4463                   obstruction(:,:) = 0
4464                ENDIF
4465             ENDIF
4466!             
4467! !--        calculated human exposure ------------------' 
4468             diffuse_exposure = SUM( radiance_array * projection_area * integration_array * obstruction )     
4469         
4470             obstruction_direct_beam = obstruction( nint(startpos_saa_float), nint( sza / 10.0_wp ) ) 
4471             IF (sza  >=  89.99_wp)  THEN
4472                sza = 89.99999_wp
4473             ENDIF
4474!             
4475!--          calculate direct normal irradiance (direct beam) ------------------'
4476             direct_exposure = ( irradiance(1) / cos( pi * sza / 180.0_wp ) ) * &
4477             projection_area_direct_beam * obstruction_direct_beam 
4478               
4479             vitd3_exposure(j,i) = ( diffuse_exposure + direct_exposure ) / 1000.0_wp * 70.97_wp 
4480             ! unit = international units vitamin D per second             
4481          ENDDO
4482       ENDDO
4483    ENDIF
4484
4485 END SUBROUTINE bio_calculate_uv_exposure
4486
4487 END MODULE biometeorology_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.